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이동통신기술의진화 to LTE / MIMO 청강문화산업대학모바일아카데미 2011 년 7 월 1

목차 이동통신기술의진화 ------- p3 OFM 기술의개요 ---------- p9 다중안테나기술의개요 ------ p39 HSPA, HSPA+, LTE --------- p62 LTE 프로토콜 / 채널의구성 ---- p91 물리계층,MAC계층의동작 ---- p127 국내 LTE 현황 -------------- p141 2

이동통신기술의진화 3

이동통신기술의진화 1 대 ( 아 ) 2 대 ( ) 3 대 (IMT2000), 3.5 대, 3.9 대이동통신 ( 데이 ) 1993년 1995년 2000년 2003년 2005년 2010년동기, 미 IMT2000, 118, 311 업, 5.5 4 대 ( 데이 ) 2015 년 미아 아 TMA GSM 184 441 업 35.4 IS95A CMA 기술 OFM 기술 GPRS, EGE / 업데이 2010 년기 49 /67 cdma2000 153k EVO Rev0 2.4M/150k data only WCMA 384k EVV 성전 주도 2006 종료 EVO RevA 3.2M/1.8M HSPA /HSUPA 14.4M/5M T-SCMA 384k (~2Mbps) Mobile WiMAX ( 이 ) 802.16e 40M/10M EVO RevB UMB ~300M 동기, IMT2000 (144, 347 업, 44 ) ~300M HSPA+ 21M/5M IMT2000, 2009 년 1 월 신 (, 미 ) IMT2000 LTE-F T-LTE IMT- Advanc ed LTE- Advanced WiMAX- Evolution 801.16m 100M~1G 동기식 ( 미국식 ) CMA 의몰락, 비동기식 ( 유럽식 ) WCMA 의확대 ( 전세계시장의 14% : 85%) CMA 기술의종료 => OFM 기술시대의개막 규모의경제에의한시장형성 => 더좋은기술보다는더많은사람이사용하는기술이세계시장을주도 4 세대이동통신기술 ( 특허권 ) 선점을위한경쟁 => LTE 의규모의경제, Wimax( 와이브로 ) 의빠른상용화 4

이동통신기술의진화 CMA 기술 OFM 기술 모의경쟁력 빠른상용화경쟁력 퀄컴 UMB 와이브로러시아 5

F & T 방의차이 (1) 주파수 주파수 주파수 수신 송신수신송신수신송신 송신수신송신수신송신 guard band less guard band 송신 Full uplex F 시간 Half uplex F 시간 guard time T 시간 무선망설계용이 상하향비대칭구조구성불가능 Guard Band 에의한주파수효율성감소 Guard Band 불필요, 상하향비대칭구성용이에따른주파수효율성증대 무선망설계의민감성증대 ( 송, 수신신호충돌방지 ) 사업주파수간간섭가능성 Time delay 에민감 ( 셀반경, 광중계기제약요소 ) 시간 Tx Rx F 주파수 시간 Rx Tx Rx Tx Rx Tx T 주파수 6

F / T 1 대 ( 아 ) 2 대 ( ) 3 대 (IMT2000), 3.5 대, 3.9 대이동통신 ( 데이 ) 1993년 1995년 2000년 2003년 2005년 2010년동기, 미 IMT2000, 118, 311 업, 5.5 F 4 대 ( 데이 ) 2015 년 미아 아 TMA GSM 184 441 업 35.4 IS95A CMA 기술 OFM 기술 GPRS, EGE / 업데이 2010 년기 49 /67 cdma2000 153k EVO Rev0 2.4M/150k data only WCMA 384k EVV 성전 주도 2006 종료 EVO RevA 3.2M/1.8M HSPA /HSUPA 14.4M/5M T-SCMA 384k (~2Mbps) Mobile WiMAX ( 이 ) 802.16e 40M/10M EVO RevB UMB ~300M 동기, IMT2000 (144, 347 업, 44 ) ~300M HSPA+ 21M/5M IMT2000, 2009 년 1 월 신 (, 미 ) IMT2000 LTE-F T-LTE T IMT- Advanc ed LTE- Advanced WiMAX- Evolution 801.16m 100M~1G T-LTE 7

ata Explosion 의해결방안 ata Explosion 용증설 Load off FA CCC, SCAN, femto... 주파수효율성증대 LTE 오늘의주제 8

Why Evolution? 불편은진화의조건 화를밖에롭게용할있면 1993~1996 이동통신 ( 음성 ) CMA, GSM.. 인터넷을밖에서도 유롭게사용할수있다면 2000~2003 무선데이 cdma2000, GPRS, WCMA.. 그런데너무느려서 2006~ 현재 의무선데이 HSPA, WiBro, EVO ra... 빠르긴한데너무비싸서 저의무선데이 A 의원론적요인은? 데이요금이얼마싸져야할까? 어떻게저를구현할것인? => 천, 만의의기, 계기 => 무제정액제 3 만원 / 월이하는되어야 현재보 1/10 => 기술발으장값이획기적으싸진면능할까?? 9

의무선데이 요금 전국서비스를위하여는최소 7000 국소의기지국필요 기지국을설치, 유지보수하기위하여는고가의 CAPEX, OPEX 요인 무선데이터서비스고가요금의주요요인 시간이지나기술의발전에의하여장비가격이획기적으로싸진다면 기 장 감상각용 기 시설감상각용 기료 부동산임차료 용선 임차료 보 인건.. 소를 하기위 CAPEX+OPEX 1500만원 1000만원 500만원 1000만원 2000만원 2000만원.. 최소 8000만원 150만원 1000만원 500만원 1000만원 2000만원 2000만원.. 최소 6650만원 위의수치는정확한데이터가아닌예시입니다 획기적인데이요금인하요인이되못함 10

화에의 저의구현 100kbps 1st 100kbps total 1Mbps opex+capex : 200 만원 / 월 100kbps 10th 과금근거 => 20 만원 / 통화 2nd 100kbps 1st 100kbps 2nd 100kbps 위의수치는정확한데이터가아닌예시입니다 total 10Mbps opex+capex : 200 만원 / 월 100kbps 100th 4th 3rd 100kbps 현재 요금을 1/10 최소 10 배의 인하하기위하여는 4 대 과금근거 => 2 만원 / 통화 최 10Mbps EVO ra 최 3.2Mbps HSPA 최 14Mbps Wibro 최 20Mbps 최소 100Mbps ITU 의 4G 정의첫번째조건 기지국데이터속도를초고속화시키면패킷당원가가 획기적으로싸지게된다. A 11

무선데이 기술 이동통신 무선데이 의무선데이 저의 무선데이 무선데이 (4 대이동통신 ) 고객이보편적으로원하는속도보다수백, 수천배의속도로진화 어떻게?? => 반파처리의문제!! 반사파가없는위성통신마이크로웨이브링크에서는수백 Mbps 전송이오래전부터일반화 A 12

OFM 기술의개요 13

데이 화에따른반파문제점 심볼의폭 심볼의폭 저속데이터 고속데이터 직접파 반사파 인접비트간간섭 보통 직접파 반사파 매우심각!! 앞뒤심볼이완전히겹쳐뭐가뭔지도체모르겠네 이동통신의핵심기술은고속데이터를위한반사파처리기술 이동통신전파의 99% 는반사파 데이터가고속화될수록반사파에의하여인접비트 ( 심볼 ) 간간섭의급격한증가 => 고속화의기술적장벽 반사파를제한적으로처리하는 CMA 기술의한계 새로운이동통신기술의필요 => 반사파에강한 OFM 기술의탄생 => CMA 기술의종말 (HSPA/HSUPA) CMA : 반사파각각에대한개별적처리 ( 제한적개수의반사파에대하여만처리가능 ) OFM : 고속의데이터를저속의데이터로병렬전송, 병렬전송되는저속데이터들에대하여도일정시간내에서의모든반사파에대하여는일괄처리 ( 무시 ) 14

Inter Symbol Interference T s signal x(t) y(t) If T d <Ts (low rate) channel h(t) Convolution y(t)=x(t)*h(t) If T d >Ts (high rate) T d time y(t) ISI 수신신호 = 송신신호와채널특성의콘볼류션 채널의 delay spread 시간보다 symbol duration 이적을경우 ISI 발생 15

MCM 과 OFM 의교 T 주파수효율성감소 f1 Serial to Parall el f2 Parall el to Serial RF f0 f1 f2 fk 주파수 fk 송신부 인접주파수신호가간섭을방지하기위하여간격을 화.. 1) 송파간 2) 송파간의간 화 주파수효율성우수 FT FT FFT 주파수 f0 f1 f2 f1000-2/t -1/T 1/T 2/T 주파수 16

OFM subcarrier 의직교성 0rthogonal : Frequency : ivision Mutiplexing 호간성이없 송파주파수간에 A

OFM 기술의기본원리 저, 반파강함, 반파취 f0 IFFT FFT f0 데이의복원 Serial to Parall el f1 Parall el to Serial RF RF Parall el to Serial f1 Serial to Parall el fk 송신부 고속의데이터는반사파에매우취약 고속의데이터를반사파에강한저속으로변환하여병렬전송 수신부 fk 수신된저속의병렬데이터를합치여고속의데이터를복원 f k = f 0 + k / T Orthogonal 의근간 OFM f0 f1 f2 f4 인접 subcarrier 최대값과최소값이서로교차 18

OFM modulation IFFT Fourier series 위쪽그림은 subcarrier 단위로 QAM 변조절차의수식적표현이 fourier series ( 특정주파수의고조파의조합으로시간영역의주기신호를 표현 ) 와같은특성을갖음을설명 아래그림은 subcarrier 별 OFM 변조와 parallel to serial 변환절차가 fourier 변환수식으로구현될수있음을설명 19

OFM demodulation FFT subcarrier 수신된 time domain 신호를 subcarrier 단위의 frequency domain 신호로분리하는절차를 FFT 로구현 20

OFM 에의 ISI ICI 문제점 ISI 발생 f o f 1 f 2 f 3 ICI 증가 f k 저가의오실이터 UL OFMA 주파수 ICI 발생가능성 ICI 발생가능성 아무리저속으로병렬전송하더라도약간의반사파문제존재 => ISI (Inter Symbol Interference) 인접 subcarrier 는상호간섭이없지만반사파상황에서는간섭이발생 => ICI (Inter Carrier Interference) - clock source 가각기다른단말의상향링크에서일반적현상 21

반파에의 delay spread 셀내를무위로돌아다지 ~ 수신세기 시간 22

ISI 방를위 Guard Interval delay spread 신호에의하여심볼의앞부분이앞심볼과겹치어 ISI 발생 time delay 최대값보다크게심볼앞부분을 guard time 으로설정하여사용치않음 guard interval 보다 delay spread 가크지않으면 ISI 발생치않음 guard interval 을크게하면반사파에강하여지지만 guard interval 시간만큼심볼에너지저하하여잡음에대한내성감소 guard interval 을게하면심볼에너지저하가최소화되어잡음에대한내성을증가하지만반사파에대하여취약하여짐 GI 를충분히잡았으니왠만한반사파는다잡아냄!! GI 에많이양보하였더니심볼에너지가크게감소하여성능저하!! GI 를 게잡았으니반사파가 GI 구간을 주넘어가반사파에취약!! GI 에조금양보하여심볼에너지감소를최소화여성능저하최소화!! 23

Cyclic Prefix 에의 ICI & ISI 제거 ICI 증가 인접 subcarrier 반사파신호의 guard interval 신호와내신호간에직교성손실발생 => ICI 증가 ICI 증가를방지하기위하여심볼의뒷부분신호를복사하여비두었던앞부분 guard interval 에삽입으로서 ICI 증가현상방지가능 Cyclic Prefix 에의한 ISI & ICI 동시제거 Guard Interval = GI = Cyclic Prefix = Tcp cyclic prefix 24

심볼내 Guard Interval 의율결정 Guard Interval 1) 절대값 : 셀반경에비례 2) 상대값 : 경제성, 부반송파수, 성능등에비례 성능민감스트증가부반송파수증가 성능감스트감소부반송파수감소 6% 11% 20% 심볼에서의 GI 비율 LTE 이로 WiFi 25

Cyclic Prefix RF BW 100Kbps 심볼폭의역수 10usec 10Mbps 100Khz 간격 F0(100.0Mhz) Serial to Parallel F1(100.1Mhz) Parallel to Serial RF 10Mhz BW 유효심볼폭의역수 2usec 8usec 100Kbps F99(109.9Mhz) FFT 구성의예 (Guard Time 제외 ) 10Mbps Serial to Parallel 125Khz 간격 Parallel to Serial RF 12.5Mhz BW FFT 구성의예 (20% Guard Time 포 ) Guard Time 값은 OFM 시스템대부분의 RF 현상에지대한영향을미침 - RF BW, ACLR, PAPR, subcarrer tone 수, subcarrier 간격, 전류소모 충분히큰 GT 값은반사파에많은내성을부여하지만 RF BW, PAPR, 모뎀복잡도, 전류소모등의증가를필연적으로유발시킴 너무은 GT 값은 RF BW, PAPR, 모뎀복잡도, 전류소모등의증가를방지할수있지만반사파에대한내성이감소 26

셀반경 / subcarrier / ACLR 의상관관계 10Mbps GI=2usec 10Mbps GI=5usec 10Mbps GI=5usec GI 설정조건 => 20% GI 설정조건 => 20% GI 설정조건 => 38% 2u GI 8u 100kbps 10usec 5u GI 20u 25usec 40kbps 5u GI 8u 10usec 77kbps 10Mbps 125kHz 10Mbps 50kHz 7.7Mbps 125kHz 100 개 12.5Mhz 250 개 12.5Mhz 100 개 12.5Mhz low ACPR high ACPR low ACPR 셀경 Guard Interval 송파간송파개수 셀경 Guard Interval 송파간송파개수 전류모 전송속도 A 27

RF 펙트럼마트 WIFI RF 파형 LTE RF 파형 CMA RF 파형 OFM RF 파형 부반송파개수와간격에비례 28

심볼내 GI 율에따른 OFM 구조의변화 셀경 Guard Interval 송파간송파개수전류모 셀경 Guard Interval 송파간송파개수 전송속도 결정된 GI 값에대 심볼내 GI 비율 송파간 송파개수 전류 모 심볼내 GI 비율 송파간 송파개수 전류 모 q GI 설정조건 => 5% q GI 설정조건 => 20% 2.5u 47.5u GI 50usec 20kbps 10u GI 40u 50usec 20kbps 9.5Mbps 21.05kHz 8.0Mbps 25kHz 475 개 10Mhz 400 개 10Mhz 29

LTE Cyclic Prefix (normal LTE 기 ) Tcp 4.7usec (6.6% of symbol) 유효심볼폭의역수 71.3us( 심볼구간 ) 14ksps 66.6us( 유효심볼구간 ) Guard Interval 유효심볼구간 FFT 구간 15Khz 간격 F0(100.0Mhz) F1(100.015Mhz) 0.5msec 1 개 slot 의첫번째심볼은 Tcp 5.2us, FFT 구간 66.7us, 나머지 2 번째 ~7 번째심볼은 Tcp 4.7us, FFT 66.7us 으로구성됨 mode 심볼 Tcp SC 간격 Tcp 의비율 No of SC Wibro Profile 1B (10Mhz) 102.9usec 11.4usec 10.93khz 11.1% -0.5dB 840/PUSC 850/FUSC LTE Normal 71.3usec 4.7usec 15khz 6.6% -0.3dB 1200/20Mhz Extended 83.3usec 16.7usec 15khz 20% -1.0dB 1200/20Mhz MBSFN 166.7usec 33.3usec 7.5khs 20% -1.0dB 2400/20Mhz OFM 시스템의성능민감도, 허용되는복잡도등에따라심볼에서 Tcp 가차지하는비율 (%) 이결정됨 - 비율에의하여 subcarrer 수, subcarrier 간격, PAPR, RF BW 등이결정됨 - 성능이민감하지않은 WLAN 의경우는 20%, 성능이민감한 LTE 는약 6% 30

LTE Cyclic Prefix lengths subframe 1msec 1slot 0.5msec frame 10msec 1200 개 /20M 1200 개 /20M 2400 개 /20M 15kHz 15kHz 7.5kHz normal extended MBMS 71.9u 71.4u 5.2u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 83.4u Tcp Tcp symbol FFT inteval 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 166.6u 33.3u 133.3u 33.3u 133.3u 33.3u 133.3u 셀반경에따른 CP 값의정의, 초기동기시 SSC 에서알려줌 Normal 첫번째심볼의 Tcp 값이다른것은특별한의미가없음 (slot 시간에일치 ) Tcp 복잡도그대로, 속도저하 (1/7 저하 ) 속대그대로, 복잡도증가 31

OFM 주요파라미계산의예 [1] example) 평균반사파시간이 200ns 인셀환경에서 16QAM 변조기법과 1/2 딩율을사용하여 20Mbps 를전송하고할때요구되는대역폭과 subcarrier 의개수는? 관련파라미터산출 guard interval 은 delay spread rms 값의 4 배정도로설정 => 800 ns guard interval 에의한심볼의 SNR 값저하를 1dB 이내로유지하기위하여는심볼길이를 guard interval 의 5 배이상이되도록설정 => symbol duration 4000 ns subcarrier 의전송속도는 symbol duration 의역수 => 250ksps 심볼속도를비트속도로환산하면 16QAM 은 4 bit / 변조심볼, 1 /2 coding rate 는 2bits 중 1bits 는에러정정용 redundancy 250ksps x 4bit/ 심볼 x 1/2CC => 500kbps / subcarrier 20Mbps 를전송하기위하여는 40 개의 subcarrier 필요 ( = 20Mbps/500kbps) subcarrier 간격은유효심볼구간 (FFT 구간 ) 의역수 => 1/( 4000-800ns ) = 312.5 khz 20Mbps 를전송하기위하여요구되는전체대역폭 => 312.5 khz x 40 개 subcarrier => 12.5 Mhz Guard Interval 800ns 유효심볼폭의역수 20Mbps 4000ns 312.5khz 간격 3200ns F0 F1 250ksps(500kbps) 40 개 subcarrier / 12.5Mhz 32

OFM 주요파라미계산의예 [2] 802.11a 의예 52 subcarrier (48 traffic + 4 pilot), 심볼주기 4usec, Tcp 0.8usec subcarrier 간격 = 1/(4us-0.8us) = 312.5kHz 대역폭 = 312.5 khz x 52 subchannel = 16.25 MHz modulation symbol rate = 1/4usec = 250 ksps for max throughput, 64QAM modulation, 3/4 convolutional coding 최대전송속도 = modulation_symbol_rate x ( no_of_data / modulation_symbol ) x no_of_traffic_subcarrier x channel_coding_efficiency = 250Ksps x 6bit x 3/4CC x 48개 = 54Mbps 4us 250ksps(1125kbps) 유효심볼폭의역수 54Mbps 312.5khz 간격 3.2us F0 F1 48 개 subcarrier / 16.25Mhz 33

OFM 주요파라미계산의예 [3] - Euraka 147 AB mode 3 보편적인디지털 FM 방송의셀반경내에서평균적반사파를조사 대부분의반사파는평균반사파시간의약 4 배이내의시간안에포됨 실제정보가전달되는 FFT 구간의역수 rms delay spread rms_delay x 4 Guard interval = 31usec 31 x (1/1dB) Symbol duration = 156usec 1 / (156-31) 1 / 156 guard interval FFT interval symbol duration GI 에의한심볼에너지저하를 1dB 이하로제한할경우 GI 는심볼폭의약 20% Subcarrier 당심볼속도는심볼폭의역수 Subcarrier 간격 = 8kHz 허가된 RF BW : 1.536Mhz Mod_rate/subcarrier = 6.41ksps 6.41 x 2bit/mod_sym x ¾ coding rate # of subcarrier = 192 개 ata_rate/subcarrier = 9.6kbps = 1.536Mhz/8khz 192 x 9.6 Max_data_rate = 1.84Mbps QPSK(2bits/symol) 변조, 3/4 채널딩율 (4비트중 1비트는에러복원용 ) 적용 34

Mobile WiMAX 물리계층과의교 파라미터산출근거 propile 1.A propile 1.B a) 다중접속방식 OFMA b) uplexing 방식 T c) 대역폭 8.75 MHz 10 MHz d) Over sampling ratio 8/7 28/25 e) Sampling frequency = c) x d) 10 MHz 11.2 MHz f) FFT point 수 = j) / e) 1024 g) Subcarrier 주파수간격 = 1/(j) 9.765625 khz 10.9375 khz h) Effective 신호대역폭 8.447 MHz 9.188 MHz i) ata 부분대비 cyclic prefix 비율 j) OFMA data 부분 duration = l) k) = l) 0.5dB = 89% 1/8 102.4 us 91.4 us k) OFMA CP 부분 duration = l) 의 0.5dB = 11% 12.8 us 11.4 us l) OFMA symbol duration = (j) + (k) 115.2 us 102.9 us m) T 프임길이 5 ms n) Subcarrier 개수 = (c) / (g)- 양쪽끝 subcarrier C PUSC 840 개, FUSC 850 개 o) TTG + RTG 161.6 us p) TTG/RTG 87.2 / 74.4usec 105.7 / 60.0usec q) OFMA symbol 개수 / 프임 = ((m) (o)) / (l) 42 47 r) L/UL 비율 27/15 29/18 35

주요파라미의산출 (8.75Mhz, PUSC 기 ) Tcp FFT interval symbol duration 와이브로셀의 RMS delay spread 값정의 RMS dealy spread 의 4배값으로 Tcp 설정 Tcp 에의한심볼에너지저하를 0.51dB 이내로설정 Tcp 는전체심볼구간의 11% (-0.51dB = 10 * log((100-11)/100)) 에해당 심볼주기는 115.2usec(=12.8*100/11) 유효심볼구간은 102.4usec(=115.2-12.8) 부반송파의주파수간격은유효심볼구간의역수로산출되어 9.7656Khz (=1/102.4) 10Mhz 대역폭에서양쪽끝의보호대역을제외하고 9.7656Khz 로나누면 864개의부반송파개수가산출 양끝쪽과한가운데 C tone 을제외하면 840개부반송파 840 tone = 120개 pilot tone + 740개 data tone FFT 크기 = 유효심볼구간 / 샘플링주파수 = 1024FFT If Tcp 에의한심볼에너지저하를 0.26dB 이내로설정?? Tcp 는심볼주기의 5.88% (-0.26dB = 10*log((100-5.88)/100) ) 에해당 심볼주기는 217.6usec ( =12.8 x (100/5.88) ) 유효심볼구간은 204.8usec ( = 217.6 12.8 ) 부반송파주파수간격은 4.883Khz ( = 1/204.8) 따라서주어진주파수폭내에서부반송파개수는두배인 1728개가요구됨 부반송파의심볼전송율이반으로감소하였고부반송파개수가두배로증가하였기에시스템의최대전송속도는변화가없음 결론적으로 0.51dB 로설정시에비하여심볼에너지가 0.25dB 증가한대신부반송파의개수는두배로증가하는복잡도발생 심볼에서차지하는 Tcp 의비율 (%) 에의하여 subcarrier 의수가결정됨을설명 36

CMA - OFM 교 37

CMA OFM 기술의교 항목 CMA OFM 전송속도???? 음쪽 셀간간 Rake receive 에의한셀간간섭제거 ( 상대적으로저속이기에가능 ) 상호간섭 ( 무선망설계의어려움 ) 전류모보통높은전류소모 향링크호간통화간상호간섭통화간간섭없음 MIMO 동작불리유리 사파에서의초고속데이터전송 매우복잡리 음쪽 38

높은변조에의송의증대 P-SCH S-SCH CPICH PCCPCH SCCPCH 오버헤드채널은무통화시에도기본적인 inner cell interference 90 o 0 o 90 o 0 o 90 o 0 o 90 o 0 o 90 o 0 o CH WCMA Idle time 기지국바로근처 S/N<18dB BPSK QPSK 8PSK 16QAM 64QAM 잡음과반사파에민감, 높은전송속도 변조방식 BPSK QPSK 8PSK 16QAM 64QAM Required SNR >15dB >20dB Bit/symbol 1bit 2bit 3bit 4bit 6bit Required SNR 은 ECR 조건에따라다소다를수있습니다 ( 송 ) SCH, RS, PBCH.. 64QAM 오버헤드채널은다른부반송파, 다른주파수, 다른 time slot => no inner cell interference Idle time 기지국바로근처에서 S/N < 25dB 16QAM OFM CMA Inner cell interference 에취약 Other cell interference 에취약 QPSK QPSK OFM 기으부의거리 OFM 방식이 CMA 방식에비하여근거리에서더높은 SNR 과 1.5 배더높은전송속도를나타내는근거를설명 39

반파의대처방법 저속에서는바로인접반사파는한개의반사파로처리하여도 OK!! 반사파 2 반사파 1 저속데이터 반사파 3 CMA 복조기 1 for 반사파 1 복조기 2 for 반사파 2 rake receiver 수신부 고속데이터 기지국 기지국 반사파 2 반사파에민감한고속에서는바로인접한반사파도별개의반사파로처리하여!! 반사파.. 반사파 2 반사파.. 반사파 3 반사파 5 반사파.. 반사파 5 반사파 1 반사파 6 반사파4 데이터가고속화 => 반사파개수급증현상 => rake receiver 개수급증 => 구현의비현실성 복조기 3 for 반사파 3 반사파들을개별수신처리 CMA 복조기1 복조기 2 복조기 3 수신부 수, 수백개의반사파들을개별처리??? 반사파1 반사파.. 반사파.. 반사파.. 반사파 6 반사파 3 반사파 4 OFM 복조기 수신부 기지국 일정시간이내에도하는반사파는일괄무시 40

OFM 과 CMA 방식병렬부반송파갯수최고속도 와이브로 (PUSC) 840 개 ~ 30Mbps 무선랜 56 개 ~ 54Mbps 유럽형디지털 TV 1075 ~ 6817 개 ~ 32Mbps 지상파 MB 192 ~ 1536개 ~ 1.8Mbps ASL 256개 ~ 8Mbps VSL 2783개 ~ 52Mbps 복잡도 CMA 기술 OFM 기술 LTE (20Mhz 기준 ) 1200 개 100Mbps ~ OFM 을기법을용하는시템방 별특징 현재 내일, 모래 데이증에따른복잡의변화 데이터속도 41

CMA OFM 기술의교 항목 CMA OFM 전송속도???? 셀간간 Rake receive 에의한셀간간 제거 ( 대적으로저속이기에가능 ) 호간 ( 무선망계의어려움 ) 음쪽 전류소모보통높은전류소모 상향링크상호간섭통화간상호간섭통화간간섭없음 MIMO 동불리유리 반사파에서의초고속데이터전송 매우복잡 유리 42

써킷송 & 패킷송 system Broadcasting channel 단방향패킷전송 (FACH) fat pipe thin pipe dedicated channel circuit switch shared channel packet switch fat pipe shared channel packet switch WCMA/HSPA LTE 43

OFM 무선망셀경계에의 저하문제점 WCMA 음성 음성 j k l 셀경계에서의 음성음성 유지 HSPA 제어신호고속데이터 j 제어신호고속데이터 k 제어신호 제어신호 l 제어신호고속데이터 m 제어신호고속데이터 LTE, shared 채널 j k 용효율성증대셀경계에서의 화 LTE 는모든종류의신호를굵은파이프에해당하는 shared 채널을통하여전송 => 소프트핸드오버비효율 => 항상한 쪽기지국신호만수신하는하드핸드오버만지원 => 셀경계에서의 저하의문제점 44

CMA OFM 무선망최적화 20dB(1/100),? WCMA WCMA 최적화 WCMA WCMA WCMA WCMA =>, 불특정다수건물내을위하여필연적셀의과도한중첩이요구됨 => 셀중첩지역의저하는소프트핸드오버에의하여만회가능, 과도한핸드오버에의한용효율성저하 => 추가투 유발 OFM OFM 최적화최적화 OFM OFM OFM OFM 셀중첩지역에서저하의문제점 => 셀중첩최소화 => 불특정다수건물내의문제점 => CMA 대비복잡한현장최적화필요 45

이 의획기적인셀간간섭제거 FRP3(Frequency Reuse Planning 3) => 서비스초기의여유주파수채널을이용하여섹터및셀간각기다른주파수채널설정 => 셀간간섭없음 => 와이브로의획기적성능향상 (2010 10월 ) 여러개의주파수채널을사용하는 FRP3 무선망설계는가입가적은서비스초기의임시방편 여유주파수없는 LTE 에서의적용불가 => 셀간간섭문제해결은중요한숙제!! => 무선망최적화의최대이슈 F1 F1 F1 F1 간호간섭 F1 F1 F1 F1 F1 F1 F1 F1 F1 F1 F1 기본적인 OFM 이동통신주파수구조 10MHz F1 F2 F3 840tone 840tone 840tone 2.33GHz 이 ( FRP3 ) 2.36GHz F1 840 tone F2 840 tone F3 840 tone F1 840 tone F3 840 tone F1 840 tone F3 840 tone F2 840 tone F2 840 tone F1 840 tone F3 840 tone F1 840 tone F2 840 tone F2 840 tone F3 840 tone 10Mhz/600tone 20Mhz/1200tone 와이브로 FRP3 FFR, ICIC, CoMP 주파수여유채널이없는 LTE 에서는? => FFR, ICIC, CoMP ( 뒤의 LTE 장에서 ) 46

셀간간섭최소화를위 FFR 알파 120 개 알파섹터 280 개 tone 타섹터 280 개 tone 감마섹터 280 개 tone 알파섹터 280 개 tone 타 440 개 감마 180 개 PUSC 840 개 tone 알파섹터 120 개 tone 타섹터 440 개 tone 감마섹터 180 개 tone 통화용량저하!! 타섹터 280 개 tone 감마섹터 280 개 tone 타 280 개 알파 280 개 셀중 840 개 타 280 개 감마 280 개 알파 280 개 알파 280 개 셀중 840 개 셀중 840 개 감마 280 개 감마 280 개 PUSC (Partial Usage of SubCarrier) 타 280 개 모든셀에서동일한 1FA 에의한무선망계기준 FFR (Fractional Frequency Reuse) 인접셀에영향을미치지않는셀근처의통화들에게는저출력으로모든부반송파사용, 셀끝락은상호간섭이없도록부반송파를 1/3 씩나누어사용 47

ICIC (Inter Cell Interference Coordination) X2 인터, 이스,, 출력 기지국간상호연동에의하여셀경계에서의상호간섭이최소화되도록통화원 ( 부반송파, 출력 ) 사용방법에대하여협의하는절차 48

셀경계에의 Multi Cell MIMO (CoMP) 8,7,6,5,4,3,2,1 data precoding 8,6,4,2 10Mbps 1,3,5,7... 10Mbps 4,3,2,1 data 20Mbps RNC OFM 의단점은셀간간섭의문제점 => 셀경계에위치한단말이양쪽기지국을짝짓기하여마치한개의 MIMO 기지국처럼동시킴으로서셀경계에서오히려데이터속도를증대시키는기술, LTE 무선망최적화의최대이슈, 구현의어려움예상 4,3,2,1 1,2,3,4 LTE CoMP Soft Handover 49

CMA OFM 기술의교 항목 CMA OFM 전송속도???? 셀간간섭 Rake receive 에의한셀간간섭제거 ( 상대적으로저속이기에가능 ) 상호간섭 ( 무선망설계의어려움 ) 전류모보통높은전류모 음쪽 상향링크상호간섭통화간상호간섭통화간간섭없음 MIMO 동불리유리 반사파에서의초고속데이터전송 매우복잡 유리 50

OFM 의높은 PAPR OFM 기본구조에의한필연적인높은피크파발생 T (symbol duration) f1 PAPR (Peak to Average Power Ratio) 더높은출력의앰프필요 => 전류소모증가 => PAPR 만큼의업링크커버리지축소 Serial to Parallel f2 Parallel to Serial f3 f4 f1 f2 f3 f4 f1+f2+f3+f4 f1+f2-f3-f4 LTE 의선택 => SC-FMA (not OFM) OFM L UL SC-FMA 51

CMA OFM 기술의교 항목 CMA OFM 전송속도???? 셀간간섭 Rake receive 에의한셀간간섭제거 ( 상대적으로저속이기에가능 ) 상호간섭 ( 무선망설계의어려움 ) 전류소모보통높은전류소모 향링크호간통화자간호간통화자간간없음 음쪽 MIMO 동불리유리 반사파에서의초고속데이터전송 매우복잡 유리 52

통화 신호간의직교성 HSUPA HSPA CMA 무위로송신하는업링크신호들에대하여기지국에서강제로각통화들의송신타이밍을제어하여기지국도시에는일치된시간으로도 => 완벽한직교성확보 => OFM 의대표적장점 OFM 직교성은통화간의상호간섭이없음을의미, 다운링크에서 OFM 의우수성, 업링크에서 HSUPA 의한계성, OFM 의우수성을설명 53

CMA OFM 하향링크직교성교 walsh code 1 walsh code 2 직교성상실 직교성, 상호간섭없음 상호간섭 상호간섭없음 walsh code 128 WCMA OFM 통화들이동일한주파수대역에서각기다른왈쉬드를사용하는 CMA 방식은이론적으로는상호간섭이없으나 (orthogonal, 직교성 ) 반사파에의한현실에서는상호간섭으로 (nonorthogonal, 비직교성 ) 용 통화들이각기다른부반송파주파수대역을사용하는 OFMA 방식에서는이론적, 현실적으로상호간섭이없음 => 더높은데이터속도, 데이터용이가능을의미 54

상향링크통화 신호간의간섭제거 Nonorthogonal!! 간호간섭 수신세기 수신 차이 => ICI, subcarrier 간간섭증가 m2 5usec 수신세기 심볼 m1 m2 m3 m1 m2 m3 m3 m2 m1 m2 m3 subcarrier freq offset => ICI, subcarrier 간간섭증가 m3 8usec m1 3usec 수신세기 Ranging/Timing Advance 3usec delay 추가 Ranging/Timing Advance 수신심볼간시간일치!! Orthogonal!! 간간섭 m1 m2 m3 m1 m2 m3 m1 m3 m2 m1 m2 m3 subcarrier m3 8usec m2 8usec 수신세기 8usec 심볼 무 위분포하는단말들로부터의신호들이기지국에도할때일치된시간에도하도록단말의송신타이밍을일일이제어 업링크통화간에상호간섭이발생하는 CMA 대비상호간섭이없는 OFM 의대표적장점 전원을켤때, 주기적으로, 핸드오버시 수시로시행하는 OFM 방식에서매우 ~ 매우 ~ 중요한절차 m1 5usec delay 추가 Ranging 제어 ( 송신이, 주파수, 출력 ) 55

CMA OFM 기술의교 항목 CMA OFM 전송속도???? 셀간간섭 Rake receive 에의한셀간간섭제거 ( 상대적으로저속이기에가능 ) 상호간섭 ( 무선망설계의어려움 ) 전류소모보통높은전류소모 상향링크상호간섭통화간상호간섭통화간간섭없음 MIMO 동작불리유리 음쪽 반사파에서의초고속데이터전송 매우복잡 유리 56

MIMO 의동작조건 MIMO 의조건 충분한사파 높은수신신호품질 ( 직교성 ) 구현의현실성 향링크 virtual MIMO 구현 ( Timing Advance ) 비교 OFM = CMA OFM > CMA OFM > CMA OFM > CMA 57

CMA OFM 기술의교 항목 CMA OFM 전송속도???? 셀간간 Rake receive 에의한셀간간섭제거 ( 상대적으로저속이기에가능 ) 상호간섭 ( 무선망설계의어려움 ) 전류모보통높은전류소모 향링크호간통화간상호간섭통화간간섭없음 MIMO 동작불리유리 사파에서의초고속데이터전송 매우복잡리 58

다중안테나기술의개요 59

안테이해를위선형대학기 h11 x1 x2 h21 h12 h22 n1 y h x h x 1 11 1 12 2 y h x h x 2 21 1 22 2 y H x n y1 h11 h12 x1 n1 y h h x n 2 21 22 2 2 n2 Inverse matrix reciprocal matrix -1 1, (A, A A 1) : 자신과곱하여 1 이되는행렬 T Transpose matrix ( A ) : 행과열의위치를바꾼행렬, 전치행렬 T Orthogonal matrix ( A A 1) : 자신과자신의transpose 행렬을곱하였을때 1 이되는행렬 iagonal matrix : 대각성분외에는모두 0 인행렬 Conjugate matrix A A * (, ): 복소수를 conjugate 시킨행렬, 컬레행렬 H T Transpose conjugate matrix ( A, A ): conjugate시키고행과열을위치를바꾼행렬, Herimitian matrix, 전치컬레행렬 Unit matrix, Identity matrix : 대각성분이 1이고나머지는 0인행렬 H Unitary matrix ( A A 1) : 자신과자신의 transpose conjugate 행렬을곱하였을때1 이되는행렬, Singular matrix : 역행렬이불가한행렬, Rank 가 1 인행렬 Rank Index RI : 일차독립적인행의수 Singular Value ecomposition SV H H (,A=U V ): U,V 행렬을두개의직교행렬과 1 개의대각행렬 로분해하는기법 Eigenvalue, Eigen Vector (AX= X) : 벡터X 에선형변환행렬 A 를곱하면 eigen vector X 에 eigenvalue 를곱한결과와동일, 고유치 다중안테나의기본원리는대부분선형대수학에서출발, 따라서선형대수학에대한최소한의이해가요구됨 60

Antenna diversity 수신세기 20watt 20% 시간 SISO 4% 10watt SNR 3dB 저하 20% MRC Rx diversity 10watt Open loop Tx diversity 10watt SNR 저하보상 10watt 3GPP2 : OT 3GPP : STT(STBC) => SFBC Wimax : STC closed loop Tx diversity ( MRC Tx diversity ) 61

STBC, SFBC...b 3 b 2 b 1 b 0...b 3 b 2 b 1 b 0 Aalmouti coding Space 같은 data 의반복전송...-b* 2 b* 3 b* 0 -b* 1 Time STBC Tx_A...b 3 b 2 b 1 b 0 Tx_A...b 3 b 2 b 1 b 0 Alamouti coding Space 같은 data 의반복전송...-b* 2 b* 3 b* 0 -b* 1 Tx_B Tx_B SFBC OFM Freq STBC(Space Time Block Coding) : 시간축상에서의반복전송 iversity SFBC(Space Frequency Block Coding) : 주파수축상에서의반복전송 iversity Open loop Tx diversity 에서는모두 Alamouti Coding 을사용 62

Alamouti coding 8-235,3-92...( x3, x2),( x1, x0) x... x, x, x, x, x, x, x 6 5 4 3 2 1 0 Alamouti coding...( x, x ),( x, x ) * * * * 2 3 0 1 h h 0 1 r r h x h x * 0 0 0 1 1 * r 1 h1 x0 h0 x 1 r r0 h0 h1 x0 H x * * * * r h 1 1 h0 x1 unitray matrix H A : conjugate transpose matrix of A x H H r H unitary matrix = A A 1 Tx_B 로송신되는심볼두개씩묶어순서변경 & 부호변경 & conjugate 시켜전송 => 채널특성을 unitary matrix 형태로표현가능 => 수신단에서의 Tx_A,B 송신신호분리용이 unitary matrix : 신과신의 herimitian (conjugate transpose) 행렬을곱하면 1이되는행렬 모든 open loop tx diversity 의기본개념 SV-MIMO 의 precoding 개념으로확장 위의그림에서는편의상잡음항을생략하여표현 63

High speed data transmission CMA 복조기1 for 반사파1 throughput,performance 4G required level (100M~1Gbps) 4G 복조기 2 for 반사파 2 복조기 3 for 반사파 3 rake receiver LTE How to?? Evolution is not enough. We need 역발상!! 저, 반파강함 ~20Mbps Shannon s limit no fading enviroment limit, 반파취 Seri al to Par alle l f0 f1 fk Par alle l to Ser ial RF OFM CMA,WCMA HSPA.WiBro time, technology MRC fading 극복기술 rake receiver OFM MRC, STC fading 활용기술 MIMO!! We love fadings We hate fadings...4,3,2,1...4,3,2,1...1,2,3,4 STC 64

MIMO 의기본념 h11 x1 h21 y1 h12 h22 n1 x2 y2 n2 y H x n y1 h11 h12 x1 n1 y h h x n 2 21 22 2 2 충분한반사파 & high SNR => 수신단에서각각의전파경로역추정가능 => 송신 A,B 에각기다른데이터송신 => 데이터속도선형적증가 직접파 & low SNR => 각각의전파경로동일특성 => 각각의전파경로추정불가 => 송신 A,B 분리수신불가 => MIMO 동불가 MIMO 용증대 = Min( 송신, 수신안테나개수 ) 65

precoding STC & SM-MIMO -4 *,3,-2 *,1 송신 A 10Mbps 신 A STC 성능선 송신B 3 *,4,1 *,2 10Mbps 신 B 송 10Mbps 각각다른심볼위치에서의파이롯송신 7,5,3,1 송신 A 10Mbps 신 A SM-MIMO 8,6,4,2 송신 B 10Mbps 반 파 신 B 용량 선 송 20Mbps CQI, PMI, RI SV(Singular Value ecomposition) => SV-MIMO 수신단에서송신신호분리를도와주기위한최적의 precoding matrix 추출기법사전정의된 code book 에의한 Precoding 설정정보최소화 => PMI CQI (Channel Quality Indicator) : AMC 를위한단말의전파상태정보 PMI (Precoding Matrix Index) : 전파경로의분리에도움이되기위하여송신단에서처리를희망하는 precoding 인덱스정보전체대역폭에대하여한개의 PMI 로또는대역폭을쪼개어여러개의 PMI 로구성될수도있음 RI (Rank Index) : 반사파에의한전파경로의분리도 66

Rank Index H = 2 6 1 3 RI = 1 H -1 1 3-6 = (2x3-6x1) -1 2 역행렬불가 H = 2-3 -6 3 RI = 2 일차독립적인행 ( 또는 ) 의개수 가우스소거법에의한산출 Rank=1 은역행렬산출이불가한경우 SM-MIMO 동의조건을나타내는중요한지표 H = 1 2 3 4 5 6 5 7 9 RI = 2 67

이상적인 MIMO 환경 수신 A = 0.3x 송신 A + 0.0x 송신 B 수신 B = 0.0x 송신 A + 0.2x 송신 B 0.3 7,5,3,1 송신A 10Mbps 0.0 0.0 0.2 신 A 8,6,4,2 송신B 10Mbps 신 B 송 20Mbps MIMO 에서대각행렬의의미를설명 MIMO 송수신기를각각동축선으로연결시대각행렬채널특성에의한완벽한 MIMO 기능확인가능 68

l u e Precoding 을위 채널특성의분해 (SV) H 송신 A 송신 B 신 A 신 B 수신단에서의채널행렬 H 산출 W V H e ig 송신 A 송신 B e n v a l ue 신 A 신 B 채널행렬 H 를 orthogonal 행렬 W,V 와 diagonal 행렬 로분해 (Singular Value ecomposition) V W e ig V H W H 송신 A 송신 B e n v a 신 A 신 B 수신단에서 postcoding W x W H => 1 송신단에서 precoding V H x V => 1 PVI 에의한 precoding 행렬정보피드백 e ig PVI 0 0 송신 A AMC 송신 B CQI 0 0 0 e n v al 0 u e 신 A 신 B 대각행렬에의한송수신 A,B 간의직교성확보대각행렬의구성요소에의한채널특성변화 => AMC 에의한 link adaption V,W : unitary matrix V H V, W H W = 1 V H : conjugate transpose matrix : diagonal matrix 69

CQI (Channel Quality Indicator) CQI index 변조기법 효코딩율 RE 당송트 1 QPSK 0.076 0.152 2 QPSK 0.117 0.234 3 QPSK 0.188 0.377 4 QPSK 0.301 0.602 5 QPSK 0.438 0.877 6 QPSK 0.588 1.176 7 16QAM 0.369 1.477 8 16QAM 0.479 1.914 9 16QAM 0.602 2.406 10 64QAM 0.455 2.730 11 64QAM 0.554 3.322 12 64QAM 0.650 3.902 13 64QAM 0.754 4.523 14 64QAM 0.853 5.115 Transport Block from MAC CRC, segmentation channel coding rate matching modulation Effective Coding Rate 5-125 15 64QAM 0.926 5.555 70

Link Adaption power control 전력제어에의한균일한수신 유지 Tx power Eb/No power control tx_pwr time Tx power time Eb/No power control time rate Eb/No time 나는알아요, 누가전파상태가좋고누가나쁜지 time Eb/No 전파상태보고는필수!! 일초에수백번보고!! AMC time Rate control 에의한균일한수신 지유지 잡음의내성보다속도를강조한변조기법을그리고잡음의내성보다속도를강조한채널코딩을적용 속도보다잡음의내성을강조한변조기법을그리고속도보다잡음의내성을강조한채널코딩을적용 71

72 R1 Tx0 Tx1 Tx2 Tx3 Tx0 Tx1 2x2 MIMO 4x4 MIMO Tx1 으로만전송되는 RS(Pilot) 모든 Tx 경로로전송되는데이터심볼 R0 R0 R0 R0 R0 R0 R0 R0 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R0 R0 R0 R0 R0 R0 R0 R0 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R2 R2 R2 R2 R3 R3 R3 R3 symbol subcarrier LTE MIMO Ref Signal 송구조 Tx port 별 RS(pilot) 신호의겹침이없도록배 Tx port 별 data 신호는겹치도록배 3 rd,4 th Tx RS density 가낮음에유의

반파에대 이동통신기술의진화 SM MIMO STC Beam Forming 적합한무선환경다중반사파환경, 좋은수신전파상태기지국근처 무선망설계도심, 건물내환경, 최적의환경 => 무선랜 나쁜수신전파상태셀끝부분 도심, 비도심 반사파가적은환경않좋은수신전파상태 시골, 비도심환경 무선망진화에따른적용 SM MIMO, STC, BF 의선택적동이요구됨, Adaptive MIMO Switching Mobile Wimax 에서필수사항 안테 3 안테 1 안테 2...d,f,g,s 2x2 MIMO 유무선공유기 3x3 MIMO 유무선공유기 MIMO 노트북 BF 73

AMS (Adaptive MIMO Switching)..8,7,6,5,4,3,2,1 SM-MIMO STC Tx_A Tx_B..-4*,3,-2*,1..7,5,3,1..3*,4,1*,2..8,6,4,2 MIMO preffered area STC preffered area CQI (Channel Quality Index) PMI (Precoding Mapping Index) RI (Rank Index) 성능증가 AMS MIMO-SM STC 통화개별적인전파상태의조건에따라 MIMO 또는송신안테나다이버시티기술로동 => 일초에수백번변화 대체로기지국근처는속도를올리기위한 MIMO 기술로동, 기지국끝락은성능을보완하기위한송신다이버시티기술로동 SNR 74

양 MIMO 기법 SM-MIMO : 하향링크, real MIMO CSM MIMO : 상향링크, 두개단말이한개의단말처럼동하는가상의 MIMO, Cooperative 부반송파 심볼 A 부반송파 심볼 B 시간 ranging, timing advance... 심볼 AB 시간 단말 A 단말 A no MIMO 단말 B CSM-MIMO 가상의한개단말 with MIMO 단말 B 단말 A 부반송파 단말 B 단말 A 단말 B OFM 기술의최대단점을전류소모가매우높음 => 상향링크 MIMO 를위하여휴대폰내에두개의 OFM 송신앰프내장은현실적불가능 => 가상의 MIMO 구현의필요 ( 표준이아닌구현의이슈 ) CSM-MIMO 는단말의상향속도를증가시키지못하며기지국의수신 total throughput 을증가시킴 UL multiuser MIMO, virtual MIMO, SMA(Spatial ivision Multiple Access) 다양한명칭 75

양 MIMO 기법 (1) Horizontal MIMO : layer 전체동일채널딩, 동일 AMC Vertical MIMO : layer 별개별채널딩, 개별 AMC, Multiuser MIMO 에서필수 data 채널딩 / 변조 precoding subcarrier mapping subcarrier mapping IFFT IFFT vertical-mimo data 채널딩 / 변조 채널딩 / 변조 precoding subcarrier mapping subcarrier mapping IFFT IFFT Horizontal-MIMO Single User MIMO : 한순간에한통화와 MIMO 접속 Multiuser MIMO : layer 별개별통화들과다중접속가능 Single user-mimo Multi user-mimo 76

양 MIMO 기법 (2) Open Loop MIMO Closed Loop MIMO : 송신측 precoding 에의하채널분리도향상, RI(Rank Index), PMI(Precoding Matrix Index) 피드백, SV 기법 for precoding matrix selection AMS / precoding Open loop-mimo RI,PMI closed loop-mimo 77

C (Cyclic elay iversity) add CP AC /RF data OFM time delay add CP AC /RF time delay add CP AC /RF burst freq selective fading scattered freq selective fading Non C system C system 주파수영역에서 burst 이딩을 scattered 이딩으로분산시킴, 주파수영역에서의인터리빙효과 => 채널딩효율성증대 79

MIMO 의현실성 1) 철탑안테나구조의변화 MIMO 를위하여더많은안테나의요구는민원증강에의한무선망설계의어려움발생 2) 중계기구조의변화 통화하는전파의 60% 이상은중계기를거친전파 기존의중계기는어떻게할것인가? 3) 휴대폰안테나구조의변화 은휴대폰내에여러개안테나내장의어려움 휴대폰을잡고있는손에의한내장안테나간의간섭증가 80

MIMO 의현실성 ( 기안테 ) 2X2 MIMO 4X4 MIMO 아무리 MIMO 가좋은기술이라도안테나철탑의개조는민원발생의어려움 기존안테나철탑구조에서 2X2 또는 4X4 MIMO 지원에문제가없음을설명 (dualpole 안테나기준 ) 이외에이동통신커버리지의 50% 이상을차지하는중계기도 MIMO 의걸림돌 => 중계기산업의사향 81

MIMO 의현실성 (MIMO 계기 ) 기지국 EOC EOC 광중계기 2X2 MIMO 기지국 Tx_A EOC Tx_A 2 Tx 광중계기 : 완전한 MIMO 지원, 가격상승 2 Tx RF 중계기 : 매우부분적 MIMO 지원 Tx_B MIMO 기능지원여부와상관없이중계기는통화용 Tx_B EOC 2X2 MIMO 광중계기 증대효과는없고커버리지확대만가능 => 도심구간에서의급격한퇴조 기지국 RF 중계기 2X2 MIMO 기지국 Tx_A Tx_A+B Tx_A+B Tx_B 2X2 MIMO RF 중계기?? 82

MIMO 의현실성 ( 휴대단말의 MIMO 안테 ) RxB 반파장이상 (6~7cm 이상 @ 2.1Ghz) RxA / Tx 휴대단말주변의복잡한반사체에의한 Angular spread 효과에의하여안테나간의이격거리가기지국에비하여매우짧아도됨을설명, 기지국에서는주변반사체가없기에두개안테나간거리 1~2meter 이격필요 휴대단말을손에쥐었을때의두개안테나간의상관관계증가문제점해결이매우중요 => 앞으로의중요한숙제 4X4 MIMO 지원을위한 4개안테나내장은휴대단말에서는오랬동안비현실예상 하향링크는진짜, 상향링크는가짜 MIMO => 2개의 Rx, 1개의 Tx 안테나내장 83

HSPA+ 84

동기방의진화 표준규격표준완성주요내용 Release 99 (R99) 1999 년말최초의 WCMA 표준규격 Release 4 2001년초 중국 T-SCMA 의표준에의추가 고음질음성통화기능및 RoHC 추가 통화용 AMR GSM GPRS EGE EGE 3G/UMTS 를향 WCMA HSPA/HSUPA HSPA+ LTE 데이터전송속도 GSM 의진화 Release 5 2002 년초 HSPA, IMS 기능추가 Release 6 2004년말 HSUPA, HSPA 기능개선, MBMS, WLAN 연 동 Release 7 2007년초 HSPA+ MIMO,CPC, 64QAN/16QAM... Release 8 2008년말 LTE, SAE, HSPA+ 보완 OFMA, MIMO WCMA 표화의흐름 하향링크최고속도 ( 단말기수신기준 ) 상향링크최고속도 ( 단말기송신기준 ) WCMA HSPA ~ 384K 1.8M 3.6M 7.2M 10Mbps 2003년 2004년 2005년 2006년 2007년 2008년 2009년 2010년 ~ 128K 1~2M 3~4Mbps HSUPA wcdma 진화에따른최 의변화 85

HSPA/HSUPA Mobile Category 기송신이론적최단말신이론적최 EVO revision 0 : 2.4Mbps EVO revision A : 3.2Mbps HSPA : 14.4Mbps EVO revision 0 : 2.4Mbps EVO revision 0 : 3.2Mbps Mobile Category 1~2 HSPA : 1.2Mbps Mobile Category 3~4 HSPA : 1.8Mbps Mobile Category 5~6 HSPA : 3.6Mbps Mobile Category 7~8 HSPA : 7.2Mbps Mobile Category 9 HSPA : 10Mbps Mobile Category 10 HSPA : 14.4Mbps 기신이론적최단말송신이론적최 EVO revision 0 : 153kbps EVO revision A : 1.84Mbps HSUPA : 5.76Mbps EVO revision 0 : 153kbps EVO revision A : 1.84Mbps Mobile Category 1 HSUPA : 0.72Mbps Mobile Category 2~3 HSUPA : 1.45Mbps Mobile Category 4~5 HSUPA : 2.9Mbps Mobile Category 6 HSUPA : 5.76Mbps HSPA/HSUPA mobile category 에따른송수신최고속도의정의를설명한다 86

HSPA+ 에대양시각 HSPA+ => ( 향상 + CPC for VoIP ) HSPA+ 87

HSPA evolution [HSPA+] 피크 q 하향링크 2 x 2 SM MIMO 하향링크피크전송속도 2배증가 OFM 대비, T 대비 MIMO 구현의어려움 q 하향링크 64QAM 추가 기존 16QAM 에비하여피크전송속도 1.5배증가 매우높은 SNR 이요구됨 하향링크 2FA Aggregation 2개 FA 연동에의한전송속도 2배증가 통화용증대에는기여하지못 q 상향링크 16QAM 추가 기존 complex BPSK 에비하여피크전송속도 2배증가 매우높은 SNR 이요구됨, PAPR 증가 증...d,f,g,s...k,j,a,w SM-MIMO 90 o 90 o 90 o 90 o 90 o 0 o 0 o 0 o 0 o 0 o BPSK QPSK 8PSK 16QAM 64QAM 잡음과반사파에민감, 높은전송속도 변조방식 BPSK QPSK 8PSK 16QAM 64QAM Bit/ 변조심볼 1bit 2bit 3bit 4bit 6bit 88

2x2 MIMO 추가 (2 배 ) 2FA Aggregation (2배 ) 최고속도변조 64QAM 추가 (1.5 배 ) 최고속도변조 16QAM (14.4Mbps) 현실에서는 최고속도변조 16QAM 추가 (2 배 ) 변조기법 complex BPSK (5.7Mbps) UE Max throughput HSPA (R5,R6) HSPA+ (R7) HSPA+ (R8) L UL 14.4 Mbps (SIMO,16QAM) 5.76 Mbps (Complex BPSK) 28.8 Mbps + 2x2 MIMO 11.52 Mbps + 16QAM 43.2 Mbps + 64QAM 11.52 Mbps 89

WCMA 의마막몸부림 HSPA+ HSPA 론 HSPA+ HSPA 현실 HSPA+ MIMO 적용 없음 x2 2X2 MIMO 변조기법 16QAM x1.5 64QAM 변조기법 16QAM x1.5 64QAM 최고속도 14.4M X1.5 21.6Mbps 최고속도 변조기법 최고속도 14.4M x3 43.2Mbps HSUPA Comp BPSK x2 HSPA+ 16QAM 5.7M x2 11.4Mbps 아마 향후 90

HSPA+ CPC for VoIP q HS-SCCH less operation HS-SCCH 없이 HSPA 동에의한오버헤드부하감소 간략화된송신 format (QPSK, up to 2 channelization code), Rx blind detection UE identity by CRC UE I masking q UL iscontinuous Tx (TX) UL PCCH, E-PCCH 에대한주기적송신 q L iscontinuous Rx (RX) HS-SCCH, E-AGCH, E-RGCH 의주기적모니터링 단말의배터리수명연장 Node B PCH ( 제어신호, 저써킷 data) / PCCH ( 력제어, 파이롯,TFCI) HS-PSCH ( data) HS-SCCH (h-arq 정보, 변조정보, 코정보 ) E-HICH (H-ARQ 응답 ) / E-RGCH (E-CH 제어 ) E-AGCH (E-CH 최정 ) PCH ( 제어신호, 저써킷 up to 64Kbps data) PCCH ( 력제어, 파이롯,TFCI) HS-PCCH (h-arq 응답, CQI) E-PCH ( 데이, SI) E-PCCH (E-TFCI, RSN, happy bit) UE HSPA / HSUPA 동작에필요 채널들 VoIP 효율성한노력 => HSPA 망에서저속의 VoIP 동작많은물리채널오버헤드의비효율 성 => 요구되 물리채널들의제한적송수신 ( TX, RX ) => VoIP 효율성대 91

LTE 기술의요 (PHY 기 ) 하향링크 : OFMA => 1쪽뒤 상향링크 : SC-FMA (Single Carrier-FMA) for less PAPR ( 배터리,PA 고려 ) 또는 FTS-OFM => 2쪽뒤 Scalable BW up to 20Mhz : 1.4M, 3M, 5M, 10M, 15M, 20M => 8쪽뒤 F와 T의동시지원 => 제일앞쪽 - F 방식이대세, T 방식은중국의 T-SCMA에서 LTE 로의진화를정의 상향링크 / 하향링크변조방식 : QPSK, 16QAM, 64QAM 10ms PHY frame, 1ms TTI MBSFN (Multicast/Broadcast over a Single Frequency Network) - MBMS 서비스, 복수개의셀로부터시간적으로동기화된공통의신호전송 접속망의노드수최소화 => 22쪽뒤 - HSPA 의 RNC 제거, 단순화된 E-UTRAN 구조, NB와 agw의 2 노드망구조 - Evolved 패킷어망, 써킷망제거, voice VoIP only 다양한안테나기술 => 다중안테나장참조 - 2x2, 4x4 MIMO SM MIMO for L, CSM-MIMO for UL - 빔포밍 (Beamforming) - 안테나다이버시티 (STC, Rx iversity) 셀간간섭제거를위한노력 => FFR, ICIC, CoMP => 11쪽뒤 92

OFMA OFMA (OFM-FMA/TMA) OFM-TMA (WiFi..) 93

LTE 송방 OFM L UL SC-FMA data Subcarrier mapping IFT Add CP AC /RF high PAPR OFMA data FT Subcarrier mapping IFT Add CP AC /RF less PAPR SC-FMA (FTS-OFM) FTS-OFM (iscrete Fourier Transform Spread OFM) 송신부 IFFT 전단에서 FFT 를미리하여줌으로서반복적 IFFT 에의한피크파 발생을최소화시킴 => SC-FMA 94

What is PAPR?? PAPR : Peak to Average Power Ratio PAPR 값은반드시 time domain 통계적근거를바탕으로표현 ex) 100번에 1번피크파포기시 0.1% PAPR PAPR 목표값은 amplitude linearity, 변조특성 (EVM, rho), IM (ACLR, ACPR) 특성과깊은연관성 higher PAPR => LPA cost 상승 => 장비가격상승 => 제한된출력의상향링크커버리지축소 출력 피크출력 80watt 출력 피크출력 200watt backoff 6dB backoff 10dB 최대출력 20watt 최대출력 20watt CMA 시간 OFM 시간 wcdma cdma2000 802.16 0.01% 9.6dB 8.4dB 12.56dB 1% 6.7dB 6.33dB 9.6dB % 에따른 PAPR 값변화실측값의예 시간축상에서의 Average Power 와 Peak Power 의예 96

OFMA & SC-FMA (1) 모든심볼이동일할경우피크파발생!! S 5 S 0 S 4 S 3 S 2 S 1 S 0 S 1 출력 S 2 S 3 시간 심볼 CP 심볼 OFM 심볼 OFM 주파수 한순간에한심볼만보임 less peak pwr!! S 5 S 0 S 4 S 3 S 2 S 1 S 0 S 4 S 3 S 1 출력 S 4 S 3 S 1 S 0 S 4 S 3 S 1 S 0 S 4 S 3 S 1 S 0 시간 심볼 CP 심볼 SC-FMA 심볼 SC-FMA Subcarrier 별로각기다른심볼이병렬전송되는 OFM 방식은최종단에서 subcarrier 신호가합치어져송신되면서 PAPR 이증가, 이에반하여순시적으로 subcarrier 별로동일한심볼이전송되는 SC-FMA 방식은최종단에서 subcarrier 가합치어지더라도 PAPR 이증가하지않음을개념적으로설명 위의그림은정확한수학적의미와는약간의차이가있습니다. 세부개념은관련료를참조바랍니다 주파수 97

SC-FMA 송신구조 A serial to parallel 4bits 16QAM 16QAM M FT M subcarrier mapping 0 0 0 N IFT add Cyclic Prefix parallel to serial RF circuit f s f s x (M/N) A B A B f s B serial to parallel 2bits L L QPSK QPSK FT subcarrier mapping 0 N IFT add Cyclic Prefix parallel to serial RF circuit 0 0 0 f s SC-FMA 송신구조와통화간의주파수다중화절차를설명하고있음 위의그림은 subcarrier 가연속되어할당되는 localized mode 를기준으로설명하고있으나표준에서는 subcarrier 가분산되어할당되는 distributed mode 도정의하고있음 98

방별 PAPR 특성 QPSK ----- 16QAM OFM 과 SC-FMA 의 PAR 비교그래프 QPSK => 16QAM => 64QAM PAPR 증가 OFMA 에서는반복적 IFFT 에의하여 PAPR 증가, 변조기법에무관 SC-FMA 는 OFMA 대비약 3dB PAPR 낮음 (QPSK 기준 ) SC-FMA 에서는변조기법에따라 PAPR 변화, QPSK=>16QAM PAPR 약 1dB 증가 99

OFMA & SC-FMA (2) 1-351,5-185 OFMA 주파수 SC-FMA 물리계층파라미터 Subframe/Slot duration 1msec / 0.5msec Subcarrier spacing 15kHz SC-FMA (FTS-OFM) SC-FMA symbol duration CP duration No of symbol per slot RF BW 66.67usec 5.2usec(normal first symbol) 4.69usec(normal other symbol) 16.67usec(extended) 7(normal), 6(extended) RB(180kHz) 의배수, 최대 20Mhz 주파수 위의그림은 subcarrier 가연속되어할당되는 localized mode 를기준으로설명하고있으나표준에서는 subcarrier 가분산되어할당되는 distributed mode 도정의하고있음 100

SC-FMA 장단점 항목 PAPR 복잡도 OFMA 대비 2~3dB 낮음 다소증가 (FT 및넓은대역의 frequency domain equalizer 추가필요 ) 채널의주파수특 전류소모 낮음 성능 Freq selective fading 에더민감 freq selective deep fading flat fading within a carrier 2~3dB 낮음 커버리지 QPSK 기준약 3dB 넓어짐 OFMA/16QAM SC-FMA/QPSK OFMA/SC-FMA hybride 방식 101

Flexible frequency Channel of LTE FA 대역폭 1.4Mhz 3Mhz 5Mhz 10Mhz 15Mhz 20Mhz 부반송파수 72 180 300 600 900 1200 전송대역폭 1.08Mhz 2.7Mhz 4.5Mhz 9Mhz 13.5Mhz 18Mhz 1.4MHz 72 개 SC SCH,PBCH 3MHz 180 개 5MHz 300 개 10MHz 600 개 20MHz 1200 개!! 초기동기와핸드오버필수제어신호 20Mhz/ 1200tone 5Mhz/ 300tone 초기동기와핸드오버에필요한필수정보 102

LTE 기 용량증설 WCMA 5Mhz freq 용증설 독립적인주파수채널하드웨어증설필요 LTE 5Mhz 300개부반송파 freq 용증설 600 개부반송파 10Mhz 1200 개부반송파 20Mhz 하드웨어증설불필요 LTE-Advanced 다중채널 20Mhz 연동된주파수채널 20Mhz 1st 2nd 5th 103

LTE 의천이 20Mhz LTE 로의이 WCMA WCMA WCMA WCMA WCMA LTE LTE LTE 869M 884M 894M 950M 960M 1840M 1860M 1870M 2110M 2120M 2150M 2170M?? 10M SKT CMA 5M SKT LTE 10M LGU+ LTE 10M KT WCMA?? 20M KT LTE?? 10M LGU+ PCS 30M(6FA) SKT WCMA 20M(4FA) KT WCMA 향링크 ( 기 국송신 ) 기준주파수 104

셀간섹간간섭최소화를위 FFR 알파 120 개 알파섹터 280 개 tone 타섹터 280 개 tone 감마섹터 280 개 tone 알파섹터 280 개 tone 이 FRP3 타 440 개 감마 180 개 PUSC 840 개 tone 알파섹터 120 개 tone 타섹터 440 개 tone 감마섹터 180 개 tone 타섹터 280 개 tone 감마섹터 280 개 tone 타 280 개 알파 280 개 셀중 840 개 타 280 개 감마 280 개 타 280 개 알파 280 개 알파 280 개 셀중 840 개 셀중 840 개 감마 280 개 감마 280 개 PUSC (Partial Usage of SubCarrier) 모든셀에서동일한 1FA 에의한무선망계기준 FFR (Fractional Frequency Reuse) 105

ICIC (Inter Cell Interference Coordination) X2 인터, 이스,, 출력 106

셀경계에의 Multi Cell MIMO (CoMP) 8,7,6,5,4,3,2,1 data precoding 8,6,4,2 10Mbps 1,3,5,7... 10Mbps 4,3,2,1 data RNC 20Mbps 4,3,2,1 1,2,3,4 LTE CoMP Soft Handover 107

무선데이 의진화 수 Mbps ( 2G,3G ) 수배 수백 Mbps ( 4G ) 주파수대역폭 1.25MHz ( CMA ) 5MHz ( WCMA ) 10MHz ( WiBro ) 대 20MHz ( LTE ) x3 x2 x2 x5 대 100MHz ( 4G ) 변조기법 QPSK ( CMA,WCMA ) 16QAM ( HSPA ) x2 X1.5 64QAM ( WiBro,LTE,4G ) 다중안테나 No MIMO ( 3G ) X2 x2 x2 2x2MIMO ( WiBro ) 4x4MIMO ( LTE ) 8x8MIMO ( 4G ) CMA OFM 108

무선데이 주파수대역폭 현실에는 HSPA LTE 5MHz x4 대 20MHz 론 변조기법 16QAM x1.5 64QAM MIMO 적 없음 x4 4x4 MIMO 고속도 14.4M x24 345Mbps ( 300Mbps) 주파수대역폭 5MHz x2 대 10MHz 대역폭확대에의한속도의증가가통화용증가를의미?? 현실 변조기법 MIMO 적 16QAM 없음 x1.5 x2 64QAM 2x2 MIMO 고속도 14.4M x6 86.4Mbps ( 70Mbps) 고객체감, 사업데이터매출, 주파수효율성관점에서는주파수대역폭증가에의한속도증가는무의미을고려 최고속도가기지국의데이터통화용, 고객의데이터체감과직접연계되지않음에유의 => 다음쪽참조 109

최 - 주파효율성 FA1 FA1 FA2 FA1 FA2 FA2 FA aggregation 기지국 기지국 데이터속도 Total throughput 10Mbps 5Mbps 5Mbps Total throughput 10Mbps 10Mbps 최고속도기지국바로앞일요일새벽상징적의미 평균속도 busy hour 고객체감사업매출 기술의진화 FA aggregation 등에의한최고속도의증가가통화용의증대나고객체감개선을의미하지않을수있음을설명 110

최 의의미 확 평균하향화된전송속도 no AMC sytem (cdma2000,gprs,wcma) AMC sytem (EVO,EGE,HSPA,Wibro,LTE...) 데이터속도 A 시스템의최고속도 ( 5% 의확 ) B 시스템의최고속도 ( 1% 의확 ) C 시스템의최고속도 ( 0.1% 의확 ) 111

LTE 에의 통화용량증대효과는 현재 V + V + V + V + 음성통화은가음 LTE 주파수효율성 3 적시데이터통화 6 가 (busy hour 기준 ) 음성용기준 V V V ata LTE 약 1500 만명 5Mhz 10Mhz 30Mhz WCMA 대비주파수효율 3 배적용시 112

3G to LTE 네트웍의기본구성 타이동통신망 전화망 인터넷망 타이동통신망 전화망 인터넷망 써킷망 HLR MSC server 패킷망 SGSN GGSN MME EPC P-GW S-GW MGW 3G to LTE 음성호화상호 무선데이 RNC : 기지국제어국 Node-B : 기지국 UE : 단말기 VoIP 무선데이 RNC X2 USIM UE Node-B UTRAN USIM e-nb UE E-UTRAN EPS = E-UTRAN + EPC 써킷망과패킷망으로이원화되어있는 WCMA/HSPA 네트웍을설명 LTE 는소프트핸드오버와 multicell diversity 를지원하지않기에 RNC 와같은구조없이구성이가능 113

LTE Mobile Category MC1 MC2 MC3 MC4 MC5 하향링크최 (Mbps) 10 50 100 150Mbps 300 상향링크최 (Mbps) 5 25 50 50Mbps 75 Max bits received / TTI ( L / UL ) 10296 /5160 51024 /25456 102048 /51024 149776 /51024 299552 /75376 신안테 2 2 2 2 4 하향링크 MIMO 1x1 2x2 2x2 2x2 4x4 하향링크변조기법 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 상향링크변조기법 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 64QAM 요구되는메모리공간 ( 상대값 ) 1 4.9 4.9 7.3 14.6 20Mhz 대역폭기으 10Mhz 의경우위치의절반 114

LTE 프로토콜 / 채널의구성특징 115

3GPP architecture evolution control plane user plane WCMA 코어망 SAE EPS EPC - packet 망 only - wcdma,wimax, wifi 연동포 GGSN SGSN MME PGW SGW WCMA UTRAN LTE E-UTRAN RNC Node-B enode-b Release 6 Release 8 EPS & LTE 장치특징기존 wcdma 와의기능비교 MME 위치등록및호처리 SGSN 의 control plane 기능 S-GW IP 유저트래픽의전달 SGSN 의 user plane 기능 P-GW 외부 IP 망과의연동 GGSN 에와이맥스및와이파이연동 GGSN : Gateway GPRS Support Node SGSN : Serving GPRS Support Node MME : Mobility Management Entity S-GW : Serving Gateway GERAN : GSM EGE Radio Access Network PCRF : Policy and Charging Resource Function EPC : Evolved Packet Core Network (P-GW, S-GW, HSS, MME, PCRF) E-UTRAN : Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network P-GW : Packet ata Network Gateway, PN-GW 5-p24,28,412 116

LTE-WCMA 네트웍의연동 external network Uu Iu RNC SGSN Iur Iub S4 S3 S11 MME RNC S1-MMU S-GW X2 S5,S8 S1-U P-GW LTE-Uu : TS36.300 X2 CP : TS36.423 X2 UP : TS29.274 S1-MME : TS36.413 S1-U : TS29.274 S1-11 : TS29.274 S5/S8 : TS29.274,TS29-275 LTE-Uu UE Node-B Node-B enode-b enode-b UE 5-p41,3-390 117

enode-b 의정합과역할 (3-p28) MME MME MME MME MME S-GW - Mobility 관리 - Bearer 핸들링 - 보안설정 - RRM, Mobility, 보안관리 - user plane 데이터전송 - Bearer 핸들링 enode-b - User plane 의 UL,L 데이터전송 - enode-b 간의핸드오버 - enode-b 간의 L 데이터포딩 UE enode-b 118

E-UTRAN 프토콜계층구조 L3 L2 L1 control-plane CN RRC ( 시스템정보, 호출, 셀선정, 전력제어, 각종어러및채널제어,measurement ) signalling radio bearer PCP (IP header 압축 ) 패킷데이터 MBMS RLC ( 패킷핸들링, 재전송 ), (Tr mode,um mode, AM mode) Logical Channel MAC ( 채널매핑,mux/demux, 전송순위, 공통채널의 UE 지정,Ciphering ) Transport Channel PHY ( 변조, 채널딩,mux/demux ) Physical Channel IF/RF user-plane U-plane radio bearer 정보의종류에따른채널구분 전송특징과방법에따른분류 무선원 (L: 드, 출력, UL: 잡음 ) 의효율성과점의채널구분 RRC 로부터의모든계층에대한제어경로는간략화를위하여생략하였음 LTE 무선프로토콜은수평으로기능별계층구조와수직으로신호경로별플인으로구성된다 119

Control Plane 프토콜계층구조 LTE-Uu S1-MME NAS NAS RRC RRC S1AP S1AP PCP PCP SCTP SCTP RLC RLC IP IP MAC MAC L2 L2 PHY PHY L1 L1 UE enode-b UE 120

RRC 상태천이 (5-p147) UTRAN E-UTRAN RX System/Paging Information monitoring (SIB1) handover control signal, user data to/from UE CELL_FACH CELL_PCH URA_PCH CELL_CH handover Reselection RRC_CONNECTE BCCH/BCH/PBCH 의 SIB 를통한시스템정보브로드캐스팅 idle mode Reselection RRC_ILE BCCH/BCH/PCCPCH 의 SIB 를통한시스템정보브로드캐스팅 PCCH 를통하여 SIB 변경여부를파악 RX cell selection,reselection,ta update neighbor cell measurement incomming call monitoring (PCH) System Information change monitoring (BCH) 121

송의신뢰성절차 q HSPA 전송의신뢰성절차 1) FEC App layer TCP IP PCP RLC MAC Phy layer 2) HARQ Error!! q LTE 전송의신뢰성절차 3) ARQ 4) TCP retransmission MAC Phy layer IP PCP RLC App layer TCP IP UE NodeB RNC Remote Node App layer TCP IP 1) FEC PCP RLC MAC Phy layer 3) ARQ 2) HARQ Error!! 4) TCP retransmission IP PCP RLC MAC Phy layer App layer TCP IP UE NodeB RNC Remote Node 122

Bearer 의종류 123

QCI (Quality Control Indicator) QCI 1 Resource Type Priority Packet elay Budget Packet Error Loss Rate 2 100 ms 10-2 Conversational Voice Example Services 2 GBR 4 150 ms 10-3 Conversational Video (Live Streaming) 3 (Guranted Bit Rate) 3 50 ms 10-3 Real Time Gaming 4 5 300 ms 10-6 Non-Conversational Video (Buffered Streaming) 5 1 100 ms 10-6 IMS Signalling 6 6 300 ms 10-6 TCP-based (e.g., www, e-mail, chat, ftp, Video (Buffered Streaming) p2p file sharing, progressive video, etc.) Non- Voice, 7 7 100 ms 10 GBR -3 Video (Live Streaming) Interactive Gaming 8 8 300 ms 10-6 Video (Buffered Streaming) TCP-based (e.g., www, e-mail, chat, ftp, p2p file sharing, progressive video, etc.) 9 9 300ms 10-6 124

RLC Mode (L) Radio Bearer RLC mode BCCH PCCH CCCH CCH TCH MCCH MTCH TM TM TM AM UM/AM UM UM Logical Ch Logical Channel Transport Ch BCH (L) PCH (L) L-SCH MCH Physical Ch PBCH PSCH PMCH RS, SCH,PCFICH, PCCH, PHICH TM : Transparent Mode ( 세그멘테이션없음, 재전송없음 ) AM : Acknowledge Mode ( 세그멘테이션, CRC, 재전송 ) UM : Unacknowledge Mode ( 세그멘테이션, 재전송없음 ) 125

계층별채널의구성 즉시배송!! 3 일배송 대형배송 Logical Ch Transport Ch Physical Ch time sharing 정보의종류 dedicated dedicated dedicated common common common shared 정보전송의특징 전송원의효율성 PA 주문 카메라, 노트북주문 핸드폰주문 모니터주문 침대주문 소파주문 126

계층구조별채널매핑 [L 기 ] Logical Ch Control Plane BCCH PCCH CCCH CCH MCCH MSCH User Plane CTCH TCH MTCH WCMA/HSPA Transport Ch BCH (L) PCH (L) FACH (L) HS-SCH CH Physical Ch P-CCPCH S-CCPCH HS-PSCH PCH SCH,CPICH,AICH,PICH, PCCH, HS- SCCH,EAGCH,ERGCH,EHICH,MICH... Logical Ch (RLC) BCCH PCCH CCCH CCH MCCH CTCH TCH MTCH LTE MIB SIB MBMS MBSFN Transport Ch (MAC) BCH (L) PCH (L) L-SCH MCH Physical Ch (L1) PBCH PSCH PMCH RS, SCH,PCFICH, PCCH, PHICH edicated Ch 의삭제및오버헤드채널의단순화 PCFICH : Physical Control Format Indicator Channel PCCH : Pyhsical ownlink Control Channel PHICH : Physical Hybride ARQ Indicator Channel 128

계층구조별채널매핑 [UL 기 ] Logical Ch Control Plane CCCH CCH User Plane TCH WCMA/HSPA Transport Ch RACH E-CH CH Physical Ch PRACH E-PCH PCH PCCH, E-PCCH Logical Ch Control Plane CCCH CCH User Plane TCH LTE Transport Ch UL-SCH RACH PUSCH : Physical Uplink Control Channel PUCCH : Pyhsical Uplink Control Channel PRACH : Physical Random Access Channel RS : emodulation Reference Signal SRS : Sounding Reference Signal Physical Ch PUSCH PRACH PUCCH RS,SRS 129

채널의종류 역할 링크전송채널물리채널 full name 역할 L RS Reference Signal 기지국 physical cell I, 504 개로구성 PSS Primary Synch Signal Half frame 경계, 168개 cell I 그룹추출 SSS Secondary Synch Signal 10msec RF Frame 경계, CP, cell I 추출 PCFICH PCCH Physical Control Format Indication Channel Physical ownlink Control Channel BCH PBCH Physical Broadcasting Channel L-SCH PCH PSCH PHICH Physical ownlink Shared Channel Physical Hybrid ARQ Indication Channel MCH PMCH Physical Multicast Channel 방송신호전송 UL UL-SCH PUSCH Physical Uplink Shared Channel RACH PRACH Physical Random Access Channel PUCCH RS Physical UL Control Channel emodulation Reference Signal PCCH 의 RE 구조 (CFI) 를알려줌 PSCH, PUSCH 에서의신호 (SIB 제어신호, 사용신호 ) 의 RB 구조와위치정보를알려줌, L-SCH 의 HARQ 정보, 상향링크스캐줄링정보 (UL Scheduling grant) 를알려줌, 호출여부를알려줌전달하고하는정보의양과종류에따라다양한 CI format 으로구성됨 MIB 정보전송 (BW, SFN, 다중안테나, PCCH 수신을위한 HARQ 정보 ) SIB 제어신호, 호출신호, 사용신호의전송, 상향링크신호에대한 HARQ 응답신호 제어신호, 사용 신호의전송 Random Access preamble 신호전송 HARQ ACK/NACK, scheduling request, CQI, RI, PMI 정보전송 PUSCH, PUCCH 에대한시간동기와채널추정용 Reference Signal SRS Sounding Reference Signal PUSCH,PUCCH 전송이없을때 UL 채널추정을위하여기지국에서전송을요 청하는 Reference Signal 130

타시템과의채널교 (1) 3-309 WCMA LTE 초기동기 PSCH 에의하여슬롯동기 SSCH 에의하여프임동기 PSS 에의하여슬롯동기 SSS 에의하여프임동기 Physical cell I 512 개의 Scramble code 504 개의 Cell Specific Reference Signal edicated 채널사용없음 BCH MIB, SIB 전송 MIB 만전송하고실제 SIB 정보는 L-SCH 로전송 Paging PCH/SCCPCH 를통하여전송 User data 전송을담당하는 L-SCH/ PSCH 로전송 Random Access Preamble 과 data 를전송 Preamble 만전송하고 data 는 UL-SCH 를 통하여전송 PICH RF measurement 단말기수신대기배터리 save 를위하여동 RSSI, RSCP(Received Signal Code Power),Ec/Io PCCH 신호모니터링시간이 1msec 이하로매우짧기에 PICH 기능불필요 RSSI, RSRP(Ref Sig Received Power), RSRQ(Ref Sig Received Quality) MBMS FACH/SCCPCH 를통하여전송전용 MCH/PMCH 를통하여전송 WiMAX LTE 제어채널의위치 FCH 를통하여 MAP 위치를알려줌 PCFICH 를통하여 PCCH 위치를알려줌 데이터전송방법 MAP 에의하여 burst 구조를알려줌 PCCH를통하여 PSCH와 PUSCH의 RB 구조를알려줌 131

타시템과의채널교 (2) L 채널의비교 LTE Mobile Wimax WCMA/HSPA RS (cell specific) Pilot Signal CPICH PSS, SSS Preamble PSCH,SSCH PBCH C PCCPCH PCFICH FCH PSCH L data burst HS-PSCH PCCH L-MAP HS-SCCH,E-AGCH,E-RGCH UL 채널의비교 LTE Mobile Wimax WCMA/HSPA RS (demodulation) Pilot Signal E-PCCH 내의 Pilot symbol SRS (sounding) PRACH Ranging CH PRACH PUSCH UL data burst E-PCH PUCCH CQICH,ACKCH,Ranging CH E-PCCH 132

타시템과의채널교 (3) WCMA L Primary Synch Ch Secondary Synch Ch Primary Common Pilot Ch LTE L Primary Synch Signal Secondary Synch Signal Cell Specific Reference Signal UE-Specific Reference Signal MBSFN Refernce Signal WCMA L Primary Common Pilot Ch LTE L Cell Specific Reference Signal UE-Specific Reference Signal MBSFN Refernce Signal WCMA UL PCCH 내의 Pilot Symbol LTE UL emodulation Reference Signal Sounding Reference Signal WCMA L LTE L 512 개의 PNcode 504 개의 PNcode 133

기동기절차 단말기 power on 단말기 power on 가장신호가강한 PSCH 감지 가장신호가강한 PSS 감지 측정된 PSCH 의슬롯동기추출 SSCH 로부터 PNcode 그룹추출 PSS 로부터 half frame 경계및 504 개의 cell I 에서 168 개의 cell I 추출 SSS 로부터 frame 경계및 cell I, CP 값, F/T 추출 해당되는 드그룹의 8 개 PN 드모두검색하여 CPICH 동기획득 cell I 의 cell specific RS 동기 PCCPCH 로부터시스템관련정보추출 SCCPCH 를모니터링하면서수신대기상태 비동기식 wcdma 의초기동기절차 PBCH(BCH) 로부터다중안테나구조및 MIB 정보 (BW,SFN..) 취득 PFICH,PCCH 로부터 PSCH 에서의 SIB 위치를파악 PSCH 에서시스템관련정보 (SIB) 추출 PSCH 를통하여전달되는 PCH 정보수신을위하여 PCCH 를모니터링하면서수신대기상태 LTE 의초기동기절차 134

Synch Signal 에의 기동기절차 1st slot 1st subframe 11th slot 6th subframe frame 10msec(10 개 subframe,20 slot) 10th frame 6 RB,72 SC,10.8Mhz 62 SC 1.4MHz 72tone SCH,PBCH 10th frame 5.2u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 4.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u 16.7u 66.7u SSS PSS Normal CP Extended CP PSS (Primary Synch Signal) 로부터 half frame 경계및 504 개의 cell I 에서 168 개의 cell I 추출 SSS (Secondary Synch Signal) 로부터 frame 경계및 cell I, CP 값, F/T 여부추출 135

Reference Signal 의종류 cell specific reference signal UE specific reference signal MBSFN reference signal demodulation reference signal sounding reference signal enodeb UE cell specific RS : 기지국의공통파이롯신호 기지국간신호구분을위하여 504개로구성되며매 subframe, 전송대역폭전체에걸쳐전송 모든하향링크신호에대한 coherent 복조에사용 ( 빔포밍제외 ) 다중안테나의경우안테나포트별로각각다른 Ref Signal 사용 인접한셀간에 Ref Signal 간의간섭을최소화하기위하여 6단계의부반송파주파수이격을설정 UE specific RS : 빔포밍등을위한특정단말대상파이롯신호 빔포밍에서하향링크 L-SCH coherent 복조에사용 빔포밍을이용하여전송되는 S-SCH 구간에서만사용 MBSFN RS : MBSFN 서비스를위한파이롯신호 emodulation RS(RS) : 상향링크위상기준파이롯신호 Sounding RS(SRS) => next page 136

BCH SIB 제어신호 (5-p148) SIB 내용 SIB1 SIB2 SIB3 SIB4 SIB5 SIB6 SIB7 SIB8 SIB9 SIB10,11 Cell access 관련정보 (PLMN identity, tracking area code,cell identity..), cell selection 관련정보 무선원구성정보 (RACH, BCCH, PCCH, PRACH, PSCH, PUSCH, PUCCH, SRS, 상향링크전력제어구성정보 ) Intra, inter frequency 및이기종시스템과의핸드오버를위한일반적인핸드오버파라미터 LTE 망내에서의 intra-frequency 핸드오버를위한인접셀정보 LTE 망내에서의 Inter-frequency 핸드오버를위한인접셀정보 UTRAN(WCMA) 으로의핸드오버관련정보 GERAN(GSM,EGE) 으로의핸드오버관련정보 Cdma2000 으로의핸드오버관련정보 Home enodeb identifer 지진, 쓰나미관련경보 (ETWS) BCH/PBCH 에서는 MIB 에의하여 SIB 변경여부만알려주며, 실적인시스템정보는 L-SCH/PSCH 를통하여전송 (WCMA 에서는 BCH/PCCPCH 를통하여 MIB, SIB 모두브로드캐스팅하였음 ) 137

LTE Resource Block 할당구조 Frequency,Subcarrier, 부반송파 심볼터개의심볼구간동안 어전송 ( 변조, 코..) 정보 송파터개의송파이 Shared Channel RE(Resource Element) 180Khz,12SC Resource Grid time, symbol 7symbol(Normal CP) 6symbol(Extended CP) 1slot, 0.5msec RB(Resource Block) 전송의최소단위 138

139 R1 Tx0 Tx1 Tx2 Tx3 Tx0 Tx1 2x2 MIMO 4x4 MIMO Tx1 으로만전송되는 RS(Pilot) 모든 Tx 경로로전송되는데이터심볼 R0 R0 R0 R0 R0 R0 R0 R0 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R0 R0 R0 R0 R0 R0 R0 R0 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R2 R2 R2 R2 R3 R3 R3 R3 symbol subcarrier LTE MIMO Ref Signal 송구조 Tx port 별 RS(pilot) 신호의겹침이없도록배 Tx port 별 data 신호는겹치도록배 3 rd,4 th Tx RS density 가낮음에유의

L 물리채널의송구조 (1) 1.08MHz 72SC Reference Signal PSCH, SSCH PBCH PCCH PCFICH PHICH 전부송파에걸쳐주기적인 PCCH, PCFICH, PHICH 를전송 전부종파와심볼에산발적인위치에서 reference signal 전송 중심의 1.08MHz 대역을통하여주기적으로 PSCH, SSCH, PBCH 전송 140

L 물리채널의송구조 (2) 3-181,1-192,3-183,2-198,3-143,2-190 PSS,SSS PBCH PCFICH,PCCH,PHICH PSCH 10msec RF frame slot (7 or 6 심볼 ) 1ms subframe slot (7 or 6 심볼 ) 1.4MHz / 3MHz / 5MHz / 10MHz / 20MHz 1st subframe 10th subframe 9th subframe 6th subframe 5th subframe 2nd subframe 1st subframe 6RB, 72SC, 1.08Mhz ( PCFICH, PCCH, PHICH ) 전송대역폭전체에걸쳐매 subframe 의앞부분 1~3 심볼에걸쳐전송 ( RS ) 전송대역폭전체에걸쳐드문드문전송 ( PSCH ) 사용데이터와제어신호의전송 ( PSS, SSS ) 제어신호가전송되는 1.08Mhz 대역내의 1 번째,6 번째 subframe 의중간부분에서전송 ( PBCH ) 제어신호가전송되는 1.08Mhz 대역내의 10msc frame 의첫번째 subframe 의중간부분에서전송 141

Mobile WiMAX 물리채널의구조 ( 참조 ) ( Burst 구조, MCS, power boosting 정보 ) 2 심볼 (MAP 구조 ) 2SC 840tone ( 120 pilot +720 data) 30SC α pre β pre FCH L burst 1 MAP IE1 MAP IE2 MAP IE3 MAP IE3 MAP IE1 MAP IE2 MAP IE3 MAP IE3 L burst 2 L burst 3 CMA ranging ACK UL burst 1 UL burst 2 α pre β pre 24tone/SC σ pre L MAP UL MAP CQICH UL burst 3 σ pre (8.75Mhz/10Mhz) 27/29 심볼 TTG (87.2u/105.7143u)) 15/18 심볼 RTG (74.4u/60u) 1심볼 8심볼 ( 변 ) 15심볼 3심볼 12심볼 BPSK QPSK QPSK,8PSK,16QAM,64QAM QPSK QPSK,8PSK,16QAM LTE 물리채널과의역할과특징을비교하기위한그림입니다 142

UL 물리채널의송구조 1.4M, 3M, 5M, 10M, 20Mhz SC-FMA 주파수 PUCCH 1 PUCCH 0 UL-SCH UL-SCH UL-SCH 1RB(72SC) PRA CH slot 내 4 번째심볼또는 3 번째 (Ext CP) R S R S PUCCH 0 PUCCH 1 1slot (0.5msec) 7symbol (Normal CP) 6symbol (Extended CP) time diversity & frequency diversity 1subframe (1msec) slot 내 4 번째심볼 PUCCH : Physical UL Control Channel UL-SCH : UL Shared Channel RS : emodulation Reference Signal UL-SCH RB 할당의효율성, time & frequency diversity 효과를위하여 PUCCH 를스펙트럼가장끝 RB 에할당 동일 subframe 내 slot 단위로 PUCCH 반복전송 143

UL PUCCH 의송구조 전송대역폭의양쪽끝 RB 을통한전송 subframe 내에서 slot 단위로양쪽끝 RB 를통한반복전송 frequency diversity gain 효율적 PUSCH 전송공간확보가능 적은수의 RB 를통하여전송으로서제한된단말의출력을집중화하여신뢰성있는 UL 커버리지확보 끝락 RB 에 PUCCH BPSK 변조에의한우수한 OOB(Out Of Band) 스펙트럼마스크확보 동일대역폭을사용하는통화간의 PUCCH 다중화 (Virtual MIMO ) 각기다른 RB에의한주파수영역다중화, 각기다른슬롯에의한시간영역다중화 PUCCH 에의한제어정보전송 Scheduling Request L PSCH 에대한 Ack/Nack CQI(Channel Quality Indicator), RI(Randk Indicator), PMI(Precoding Matrix Indicator) no PUSCH 구성정보 ( 기지국에서 PCCH 를통하여지정한조건으로전송이되기에 ) PUCCH 1 PUCCH 0 UE2 UE1 PUSCH PUSCH PUSCH PRA CH R S time diversity & frequency diversity R S slot 내 4 번째심볼 PUSCH PUCCH 16QAM/QPSK BPSK 1RB(72SC) slot 내 4 번째심볼또는 3 번째 (Ext CP) PUCCH 0 PUCCH 1 1slot (0.5msec) 1subframe (1msec) 144

UL PUSCH 의송구조 q QPSK, 16QAM, 64QAM 변조 q Fixed frequency transmission (localized) 우수한특성의 RB 를통한전송으로 frequency selective scheduling 이득가능 SRS 에의한 UL RB 단위의채널특성추정이전제되어 q Frequency Hopping transmission (localized) frequency diversity 이득과 inter-cell interference 를평균화시킬수있음 SRS 에의한채널유추가이루어지지못하였을경우또는 SRS 비전송에의한오버헤드부하를감소이득 inter subframe hoppping / intra subframe hopping PUCCH PUCCH PUCCH PUCCH PSS,SSS,PBCH PUCCH PUCCH slot 0.5ms subframe 1ms PUCCH PUCCH subframe 1ms frequency hopping PUSCH 145

Sounding Reference Signal 의역할 1) Random access 시도 UL 4) 특성이우수한부반송파 (RB) 확인 enodeb 2) UL 채널상태확인을위하여 SRS 를전송해주세요 3) SRS 전송 ( 전대역폭또는은대역폭으로 hopping) 5) UL PUSCH 를전송할 RB 를지정 6) 지정된 RB 로 PUSCH 를전송 UE 1) PR ACH 3) S R S 6) PUSCH UL S R S Non Hopping SRS 전파상태가우수할경우 S R S S R S S R S S R S Frequency Hopping SRS 셀지에서의전송 L L 2) SRS 전송하세요 5) PUSCH 전송 RB 지정 for UL frequency selective scheduling 통화상태와무관하게상향링크채널특성확인을위한파이롯신호 기지국에서 PUSCH 에할당할특성이우수한 RB 위치파악용도로사용 전체대역폭에걸쳐전송될수도있고 ( 기지국근처 ), 은대역폭에대하여 frequency hopping 으로 ( 셀경계지역 ) 동할수도있음 146 3-244,2-380

SRS 의 화절차 slot 0.5ms slot 0.5ms S1 S1 S1 RS S1 S1 S1 S1 S1 S1 RS S1 S1 SRS subframe 1ms SRS M2 SRS SRS SRS SRS M4 M1 M3 M5 M5 enodeb M1 M2 M3,M4 (subcarrier 단위교차 ) M6 subframe 의마지막심볼에서일회성또는주기적 (2,5,10 320msec) 으로전송 단말간시간영역에서 ( 전송심볼의위치를달리 ), 주파수영역에서 ( 부반송파를교차또는부반송파구간을달리 ) 직교하여전송 SRS 의전송대역폭, 위치, 주기등은시스템에서지정 147

Random Access 6개의하와이섬간의패킷데이터전송 => Aloha System => Slotted Aloha System => CSMA-C/CA LAN protocol => Random Access (2G, 3G, 4G ) Pure Aloha ( 회색은충돌된패킷 ) random Oahu=>Maui 1 1 2 3 3 Ack from Maui Ack from Maui Slotted Aloha ( 회색은충돌된패킷 ) 148

Slotted ALOHA Random Access 이동국송신출력 Access Probe 에의한출력교정값 Access Probe Access Probe Access Probe Access Probe 폐프전력제어에의하여출력제어 Closed Loop Power C o n t r o l 에의하여정확한이동국출력찾아감 기지국에서요구되는최소 time Open Loop Power C o n t r o l 수식에의하여초기출력설정 기지국으로부터응답이없음으로랜덤시간후출력을증가시켜다음 Probe 재송신 기지국으로부터응답이있어서 Probe 송신중단 149

UL RACH 기본절차 경쟁기반 Random Access SIB 2 번에서알려준 PRB(Phy Random Accesss Resource Block) 에서여러단말들이경쟁기반으로 Random Access 시도 64 개의프리앰블시퀀스중한개를랜덤하여선정하여사용 비경쟁기반 Random Access PSCH 를통하여독점적으로지정하여준 PRB 영역으로지정된프리앰블시퀀스를이용하여다른단말들과경쟁없이 Random Access 시도 ( 핸드오버 ) 단말은기지국으로부터의거리에따른프임시간오차를갖고있음 => Nonorthogonal 하향링크로 L-SCH 로프임시간오차를보정하도록단말에지시 (Timing Advance) 상향링크의시간을프임에일치하도록보정하여 UL-SCH 전송 PSS/SSS/BCH L timing synch PRACH (preamble sequence I) RA seq detect & TA estimation L-SCH (Preamble I + TA + UL grant) UL timing adjust UL-SCH (Resource request etc..) 150

LTE 랜덤엑 절차 셀반경에반비례 - 839chips Zadoff-Chu sequence - 동일 ZC seq 에대하여 cyclic shift 에의하여최대 64개구분 - 상향링크통화들간의경쟁기반에의한동 부반송파 Timing advance PRACH slot duration 1ms,2ms,3ms PRA CH PRACH slot period 1ms~20ms 시간 ( 심볼 ) PUCCH PUSCH, RS, SRS PRA CH PUCCH PUSCH PRA CH 1.048Mhz PUCCH : Physical UL Control Channel PUSCH : Physical UL Shared Channel RS : emodulation Reference Signal SRS : Sounding Reference Signal PRACH : Physical Random Access Channel power step PRACH 프리앰블 무위시간 기지국으로부터의응답 PUSCH 를통한 PRACH 메시지전송 time Slotted Aloha random access 개념은 cdma, wcdma, mobile wimax, LTE 에서모두동일, 단 OFM 특성상직교성이확보된독립된부반송파영역에서의동이기에 CMA 에비하여동의유로움 와이브로에서도 random access ranging 이독립적부반송파위치에서상향링크다른채널에대하여시간영역과주파수영역에서직교성이이루어지고있음을설명 151

UL PRACH multiplexing 1.4M, 3M, 5M, 10M, 20Mhz 주파수 preamble sequence index 셀반경에반비례 64 cyclic shift up to 1.5km 셀반경 - 839chips Zadoff-Chu sequence - 동일 ZC seq 에대하여 cyclic shift 에의하여최대 64 개구분 - 상향링크통화들간의경쟁기반에의한동 - SIB2 를통한 PRB(Phy Random Access Resource Block) 위치통보 주파수 PRACH slot duration 1ms,2ms,3ms PRA CH PRACH slot period 1ms~20ms 시간 PUCCH PUSCH, RS, SRS PRA CH PUCCH PRA CH 1.048Mhz PUCCH : Physical UL Control Channel PUSCH : Physical UL Shared Channel RS : emodulation Reference Signal SRS : Sounding Reference Signal PRACH : Physical Random Access Channel PRACH 와 PUSCH 는시간과주파수축상에서직교성을갖기에상호간섭으로용하지않음 ( 서로다른위치의 RB 사용 ) 따라서초기부터높은출력으로송신이가능 => 빠르고안정적인접속시도가능 WCMA 에서의 PRACH 와 CH 는완벽한상호간섭으로용 => 간섭최소화를위하여낮은출력부터점차적출력증가 830칩 ZC 시퀀스는 (14개 or 12개심볼 /1msec) x (72개SC/1.048Mhz ) 안에존재 152

UL Random Access preamble format Tx 시간기준 Rx 시간기준 Max round trip delay rx max delay spread time 1msec slot 1msec slot 1msec slot Preamble format 0 CP 0.1ms Sequence(8ms) GT 0.1ms ~15km Preamble format 1 CP(0.68ms) Sequence (8ms) GT(0.52ms) ~77km Preamble format 2 CP(0.2ms) Sequence (8ms) Sequence (8ms) GT(0.2ms) ~29km Preamble format 3 CP(0.68ms) Sequence (8ms) Sequence (8ms) GT(0.72ms) ~100km 상향링크시간정렬이이루어지지않은 Random Access 신호의시간불확실성에대하여 Cyclic Prefix 와 Guard Time 을정의 셀반경과전파환경에따른 preamble format 을정의 6 RB 를차지하면서 subcarrier 간격은 1.25kHz, 64 개의 preamble sequence 로구성 각 preamble sequence 는 CAZAC 특성을갖는 839chip 길이의 Zadoff-Chu sequence 로구성 Preamble format 4 for LTE-T Format 0 에서전파의왕복시간 GT 와빛의속도를계산하면, (0.1msec/2) / (3.3usec/km) => 약 15km 의엑세스셀반경산출 153

CMA/OFM 의랜덤엑절차교 기존통화신호와겹침 => 잡음 주파수 r a n d o m a c c e s s 기 향링크 통화신호 c d m a, w c d m a r a n d o m a c c e s s r a n d o m a c c e s s 기 향링크 통화신호 주파수 기향링크통화신호 Burst( 이로 ) PSCH(LTE) random access 독립적인통화영역 시간 시간 프리앰블 프리앰블 데이터 데이터 time time 무위시간 기지국으로부터의응답 무위시간 기지국으로부터의응답 154

물리채널별안테기술의적용 4-49,1-185 Physical Channel Tx iversity SM-MIMO C Reference Signal X X X Primary, & Secondary Synch Signal X X X Physical Broadcasting Channel O X X Physical Control Format Indication Channel O X X Physical ownlink Control Channel O X X Physical Multicast Channel O O X Physical ownlink Shared Channel O O O next page 155

PSCH 의 Tx mode (1) PSCH 안테나전송방식동설명비고 Transmission Mode 1 한개의안테나를통한전송 Transmission Mode 2 Tx Antenna iversity Alamouti Coding SFBC for 2 Tx antenna FST for 4 Tx antenna Transmission Mode 3 Open loop SM-MIMO Transmission Mode 4 closed loop SM-MIMO CQI, PMI, RI feedback from UE Transmission Mode 5 MU-MIMO Transmission Mode 6 Closed loop Beam Forming Closed loop rank 1 precoding Transmission Mode 7 Open loop Beam Forming UE-specific Reference signal TB(PU) 최대 2 개 Layer Mapping Layer, 최대 4 개 Pre Coding 다중안테나 ( 최대 4 개 ) 4x4 MIMO 에대하여 2 개의전송블록 (TB) 이매핑됨에유의 156

PSCH 의 Tx mode (2) q Tx mode 1 : Single Antenna Layer Mapping Pre Coding q Tx mode 2 : Transmit iversity Layer Mapping Pre Coding q Tx mode 3 : Open Loop Spatial multiplexing (up to 4 antenna) TB(PU) 최대 2 개 Layer Mapping Layer, 최대 4 개 Pre Coding 다중안테나 ( 최대 4 개 ) 157

PSCH 의 Tx mode (3) q Tx mode 4 : Closed Loop Spatial multiplexing (SU-MIMO) Layer Mapping Pre Coding q Tx mode 5 : Multi-user MIMO (MU-MIMO) Layer Mapping Layer Mapping RI,PMI from User B Pre Coding Pre Coding to User A to User B PMI from User A PMI from User B q Tx mode 6 : Closed-loop rank-1 precoding Tx mode 4 에 RI=1 의경우 RI 피백불필요 q Tx mode 7 : Multi-user MIMO (MU-MIMO) Tx mode 1 에 Cell-specific RS 대신 UE-specific RS 용하는경우 158

UL Reference Signal q RS (emodulation Reference Signal) PUSCH,PUCCH 신호복조를위한기준신호 한개의 Zadoff-Chu sequence 를각기다른값으로 cyclic shift 시켜단말을구분 q SRS (Sounding Reference Signal) 무통화상태단말의상향링크채널정보를추정할수있도록기지국의요청에의하여단말에서전송 freq, time scheduling, link adaptation, power control, MIMO, timing measurement 를위한정보 subframe 의마지막 SC-FMA 심볼로전송 한개의 Zadoff-Chu sequence 를각기다른값으로 cyclic shift 시켜단말을구분 전송주기, 대역폭등은단말별로시스템에서지정 q Zadoff-Chu sequence CAZAC (Constant Amplitude Zero Auto Correlation) 특성의시퀀스 cyclic shift 시킨동일시퀀스간에완벽한 auto correlation & cross correlation 특성 시간및주파수영역에서균일한파 => peak power 의최소화 최소화되는피크파의크기만큼상향링크커버리지확장 각기다른 cyclic shift 를사용하는단말간의시간동기필수 (NonOtrhogonal 한 CMA 상향링크사용불가 ) 159

물리계층 /MAC 계층의동작 160

UL timing advance for orthogonal UL 수신세기 Nonorthogonal!! 간호간섭 m2 심볼 수신세기 수신 차이 => ICI, subcarrier 간간섭증가 m3 m1 timing advance m1 m2 m3 m1 m2 m3 m3 m2 m1 m2 m3 subcarrier freq offset => ICI, subcarrier 간간섭증가 m2 수신세기 심볼 Orthogonal!! 간간섭 수신세기 m3 m1 Timing advance 제어 - 출력, 타이밍, 주파수 - 최대 0.67msec( 약 100km) - 수회 /sec - by L-SCH MAC control m1 m2 m3 m1 m2 m3 m1 m3 m2 m1 m2 m3 subcarrier 랜덤분포하는단말들로부터의신호들이기지국에도할때 - 심볼단위로일치된시간으로도하도록송신타이밍제어 - 비슷한로도하도록송신제어 - 주파수편차를교정 상향링크상호간섭을갖는 CMA 대비 OFM 의대표적장점 161

Power Control 2) RS 의 quality 측정 1) PUCCH / PUSCH 전송 3) PCCH 의 CI 를통하여 TPC 전송 enodeb 4) PUCCH / PUSCH 조정 PUSCH 의출력 은 AMC 에의한변조지수변화, 부반송파대역폭, path loss, TPC 에의하여결정됨 162

핸오버기본념 WCMA 음성 음성 음성음성 핸오버임계값대상 HSPA LTE, 제어신호고속데이터 제어신호고속데이터 제어신호 shared 채널 제어신호 제어신호고속데이터 제어신호고속데이터 shared 채널 RSSI(Received Signal Strength Indicator) RSCP(Received Signal Code Power) 핸오버임계값대상 RSRP(Reference Signal Received Power) = Reference Signal 심볼에서의수신세기 RSCP(Reference Signal Received Quality) = RSRP/RSSI 이동통신기술진화에있어모든핸드오버는통신원효율성이높은하드핸드오버로진화하게됨을설명 163

LTE 핸오버절차 (1) SGW 13) Uplane update request 15) response MME 12) path switch request 16) path switch req ack 14) L data switching to target source 1) measurement control 2) measurement report 7) handover command 4) handover request 6) handover request ack 8) status transfer & L data forwarding 17) handover release target 9) synch 10) UL allocation & TA 정보 11) handover confirm 3) handover decision 5) admission control source 기지국과 target 기지국이주체적으로핸드오버를수행하는절차를설명 A 164

LTE 핸오버절차 (2) external network 서버 서버 서버 S11 S-GW P-GW S5,S8 MME S1-U S1-MMU X2 LTE-Uu enode-b enode-b UE 기지국제어국이없는 LTE 에서는핸드오버의주체가기지국이되며 SGW, MME 은 Anchor 역활만을수행한다 기지국간의 X2 인터이스에의하여핸드오버의제어와하향링크데이터전송의터널링이이루어짐 165

LTE 국내현황 166

내의 LTE 주파 현황 2011 7 월일부주파수 LTE 로전환 869M 884M 894M 950M 960M data/voice 주파수분리 (907 만 /100 만 /730TB) 2011 초 KT 반 => 2011 하반기재할당예정 LTE?? 1840M 1860M 1870M 2110M 6FA, data/voice 주파수분리 (1610 만 /520 만 /3400TB) V V V 2120M 2130M 2150M (WCMA / / 2011 3 ) 4FA, data/voice 주파수재 (1500만/400만/2600TB) 2170M V + 2300M V + V + V + 2330M 2360M 2412M 기존주파수대역 2010 4 월신규주파수대역 LTE 예정 2472M 2011 6 월 LGU+ LTE 14M SKT CMA 10M LGU+ LTE 10M KT LTE? WCMA? 20M KT PCS 10M LGU+ PCS 30M SKT WCMA 20M KT WCMA 30M SKT WiBro 30M KT WiBro 60M ISM band WLAN... 향링크 ( 기국송신 ) 기준주파수 SKT 무제한 KT 카카오 keep alive 167

LTE 에의 통화용량증대효과는 현재 V + V + V + V + 음성통화은가음 LTE 주파수효율성 3 적시데이터통화 6 가 (busy hour 기준 ) 음성용기준 V V V ata LTE 약 1500 만명 5Mhz 10Mhz 30Mhz WCMA 대비주파수효율 3 배적용시 168

무선데이폭증에대응하는기형상의변화 sector sector sector sector sector sector 4 FA sector sector sector sector sector sector 6 FA sector sector sector 5 FA sector sector sector 4 FA 1 FA omni 1FA/omni sector sector sector 1 FA 1FA/3Sector 3 FA sector sector sector 2 FA 1 FA 4FA/3Sector 3 FA sector sector sector 2 FA 1 FA 6FA/3Sector cell split 1/2/3/4 FA 1/2/3/4 FA 1/2/3/4 FA 1/2/3/4 FA 1/2/3/4 FA 169

셀분할에의 효율적용량증설 F4 F3 F4 F3 F4 F3 F4 F3 F4 F3 F4 F3 F4 F3 F2 F1 F2 F1 F2 F1 F2 F1 F2 F1 FA 증설 F2 F1 F2 F1 F2 F1 F2 F1 F2 F1 cell 분할 cell F2 F1 F2 F1 F2 F1 170

무선데이 폭증에대응하는 cell splitt/6sector 중계기는기존기지국의용 을이용하여서비스커버리지만을확장 3Sector 기 광중계기 버리 광이블 광중계기 3G cell split (KT) 6sector 기 (SKT) 3Sector 기 광이블 광중계기 & 버리 광중계기 SKT 6 섹터 계기용 3Sector 장 중계기연동을위한전용기지국을추가하여중계기에의한용까지확대가이루어짐 171

계기연동구조 RF 연동 중계기 버리 기 기지국장비와무관 => 독립적중계기산업 RF 연동 중계기 & 버리 기 계기용 NodeB 기지국장비와무관 RU U CPRI, OBSAI 연동 기지국장비규격연동 => 중계기산업의변화 172

기 집화 (CCC,SCAN) U RU U RU U 집중화에의한 Cell split U U U U U 광이블 RU RU RU RU RU U 광이블 RU RU U : igital Unit RU : RF Unit 통화원효율성증대및효율적 CoMP 지원 RU RU RU KT 인텔 CCC SKT LTE SCAN 173